JP2006058508A - Optical switch - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical switch of which the operation characteristics are not varied and prevented from being affected by polarization cross talk even when a wavelength of signal light and surrounding temperature of the optical switch are varied. <P>SOLUTION: The optical switch is equipped with first and second polarization separation/synthesis modules 10, 18, first and second polarization plane preserving optical fibers 12, 16, a first polarization plane conversion part 14, third and fourth polarization plane preserving optical fibers 22, 26 and a second polarization plane conversion part 24. An end of the first polarization plane preserving optical fiber is bonded to a second input/output terminal 10-2, an end of the second polarization plane preserving optical fiber is bonded to a first input/output terminal 18-1, and the other ends of the first and second polarization plane preserving optical fibers are connected to each other via the first polarization plane conversion part. Also the third polarization plane preserving optical fiber is bonded to a second input/output terminal 18-2 at an end thereof and further is equipped with an optical coupler 20. The fourth polarization plane preserving optical fiber is bonded to a third input/output terminal 18-3 at an end thereof, and the other ends of the third and fourth polarization plane preserving optical fibers are connected to each other via the second polarization plane conversion part. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、長距離大容量光ファイバ通信等に利用される、制御光によって被制御光をスイッチする光スイッチに関する。   The present invention relates to an optical switch used for long-distance large-capacity optical fiber communication or the like that switches controlled light with control light.

限られた通信線路資源を有効に利用して、大容量光ファイバ通信を実現するには、送受信可能なチャンネル数を増やし、かつ通信速度を高速化する手段が必要である。   In order to effectively use limited communication line resources and realize large-capacity optical fiber communication, means for increasing the number of channels that can be transmitted and received and increasing the communication speed are required.

チャンネル数を増やす手段の一つとして、時分割多重通信(TDM: Time Division Multiplexing)等の多重通信方法が検討されている。TDMは、複数チャンネルを時分割多重した時分割多重信号として送信し、受信側でクロック信号から生成されるゲート信号によって、時分割多重信号から個々のチャンネルを分離する多重分離手段により、個々のチャンネルの情報を個別に取り出して受信する方法を採用した通信方法である。   As one means for increasing the number of channels, a multiplex communication method such as Time Division Multiplexing (TDM) has been studied. The TDM is transmitted as a time-division multiplexed signal obtained by time-division-multiplexing a plurality of channels, and each channel is separated by demultiplexing means for separating each channel from the time-division multiplexed signal by a gate signal generated from the clock signal on the receiving side. This is a communication method that employs a method of individually retrieving and receiving the information.

上述したTDMの通信速度を高速化するためには、多重分離手段を全て光学的な手段で実現するのが望ましい。すなわち、被制御光である光パルス信号を構成する光パルスを遮断/透過させるスイッチ動作を、電気的な手段を介することなく制御光である光制御信号のみで実行できる光スイッチを実現するのが望ましい。   In order to increase the communication speed of the TDM described above, it is desirable to realize all the demultiplexing means by optical means. That is, it is possible to realize an optical switch that can execute a switch operation for blocking / transmitting an optical pulse constituting an optical pulse signal that is a controlled light by using only the optical control signal that is a control light without using an electrical means. desirable.

光ファイバにおいて発現する光カー効果は、光ファイバを強度の強い光が伝播することにより光ファイバの屈折率が変化する現象である。光カー効果の応答速度は数フェムト秒(fs)である。すなわち、光カー効果を利用して光スイッチを構成すれば、数百Gbit/s以上の光パルス信号のスイッチが可能な光スイッチを実現できる可能性がある。因みに、光パルス信号を一旦電気信号である電気パルス信号に変換し、その電気パルス信号を電子デバイスでスイッチした後に再び光パルス信号に戻すという、従来のスイッチでは、40 Gbit/s程度のビットレートの光パルス信号をスイッチすることが限界であった。   The optical Kerr effect that appears in an optical fiber is a phenomenon in which the refractive index of the optical fiber changes due to the propagation of strong light through the optical fiber. The response speed of the optical Kerr effect is several femtoseconds (fs). That is, if an optical switch is configured using the optical Kerr effect, an optical switch capable of switching an optical pulse signal of several hundred Gbit / s or more may be realized. By the way, with a conventional switch that converts an optical pulse signal into an electrical pulse signal that is an electrical signal, switches the electrical pulse signal back to an optical pulse signal after switching with an electronic device, a bit rate of about 40 Gbit / s It was the limit to switch the optical pulse signal.

光カー効果を利用した光スイッチとして、偏波面保存型の単一モード光ファイバ内で発現する光カー効果を利用した光スイッチが研究されている(例えば、非特許文献1参照)。   As an optical switch using the optical Kerr effect, an optical switch using the optical Kerr effect developed in a polarization-maintaining single-mode optical fiber has been studied (for example, see Non-Patent Document 1).

非特許文献1に開示されている光カー効果を利用した光スイッチは、光カー効果を発現させる光ファイバとして偏波保存単一モード光ファイバ(以後「偏波面保存光ファイバ」あるいは単に「光ファイバ」ということもある。)が利用されている。偏波面保存光ファイバは、このファイバの光の伝播方向(以後「光ファイバの光軸方向」ということもある。)に対して垂直な面内に設定された遅相軸あるいはスロー(slow)軸と呼ばれる光学軸の方向と、slow軸と直交する進相軸あるいはファスト(fast)軸と呼ばれる光学軸の方向とでは、導波される光に対する等価屈折率が異なる構造である。   An optical switch using the optical Kerr effect disclosed in Non-Patent Document 1 is a polarization-maintaining single-mode optical fiber (hereinafter referred to as “polarization plane-maintaining optical fiber” or simply “optical fiber”). Is sometimes used.). A polarization maintaining optical fiber is a slow axis or slow axis set in a plane perpendicular to the light propagation direction of this fiber (hereinafter sometimes referred to as the “optical axis direction of the optical fiber”). The direction of the optical axis called “a” and the direction of the optical axis called the fast axis or the fast axis orthogonal to the slow axis have a structure in which the equivalent refractive index with respect to the guided light is different.

すなわち、光ファイバのコアの近くにクラッドの屈折率より高い屈折率を有する応力付与部を配置して、光の電場ベクトルの振動方向がslow軸の方向に平行な光に対する等価屈折率が、光の電場ベクトルの振動方向がfast軸の方向に平行な光に対する等価屈折率よりも高くなるように設計されている。このような等価屈折率の非対称性があるために、偏波面保存光ファイバに入力される光の偏波面は保存されて伝播されるようになる。以後、直線偏光の電場ベクトルの振動面を偏波面と呼ぶものとする。   That is, a stress applying portion having a refractive index higher than the refractive index of the clad is disposed near the core of the optical fiber, and the equivalent refractive index for light in which the vibration direction of the electric field vector of the light is parallel to the slow axis direction is Is designed so that the oscillation direction of the electric field vector is higher than the equivalent refractive index for light parallel to the direction of the fast axis. Due to the asymmetry of the equivalent refractive index, the polarization plane of the light input to the polarization plane preserving optical fiber is stored and propagated. Hereinafter, the vibration plane of the linearly polarized electric field vector is referred to as a polarization plane.

そして非特許文献1に開示されている光スイッチに利用されている光ファイバは、2本の偏波保存単一モード光ファイバの光学軸を直交させて融着された面を有し、偏波面保存型の単一モード光ファイバの有する複屈折性を相殺できる構造を有している。この光スイッチには、偏波面保存光ファイバの光学軸と平行な偏波面を有する直線偏波の制御光と、偏波面保存光ファイバの光学軸から45°傾いた偏波面を有する直線偏波の信号光が入力される。   The optical fiber used in the optical switch disclosed in Non-Patent Document 1 has a surface fused with the optical axes of two polarization-maintaining single-mode optical fibers orthogonal to each other. It has a structure capable of canceling the birefringence of the storage type single-mode optical fiber. This optical switch includes linearly polarized control light having a polarization plane parallel to the optical axis of the polarization-maintaining optical fiber, and linear polarization having a polarization plane inclined by 45 ° from the optical axis of the polarization-maintaining optical fiber. Signal light is input.

この光スイッチに信号光を構成する光パルスと制御光を構成する光パルスとが同期して入力されない場合には、信号光の光パルスは、この光スイッチへの入力時と同一の直線偏光状態で出力される。一方、制御光の光パルスと信号光の光パルスとが同期して入力された場合には、信号光の光パルスの偏光成分のうち制御光の光パルスの偏波方向と平行な偏波成分に対して、制御光の光パルスによって光カー効果が誘起される。すなわち、光カー効果によって、信号光の光パルスと制御光の光パルスとの間で発現する相互位相変調効果によって、信号光の光パルスに位相シフトが生じる。   When the optical pulse that constitutes the signal light and the optical pulse that constitutes the control light are not input to this optical switch in synchronization, the optical pulse of the signal light is in the same linear polarization state as when input to this optical switch. Is output. On the other hand, when the optical pulse of the control light and the optical pulse of the signal light are input in synchronization, the polarization component parallel to the polarization direction of the optical pulse of the control light among the polarization components of the optical pulse of the signal light On the other hand, the optical Kerr effect is induced by the light pulse of the control light. That is, the optical Kerr effect causes a phase shift in the optical pulse of the signal light due to the cross-phase modulation effect that appears between the optical pulse of the signal light and the optical pulse of the control light.

上述の位相シフトφは次式(1)で与えられる。
φ=2γPL (1)
ここで、P(W)は制御光のパワー、L(km)は光ファイバループを構成している光ファイバの長さである。γ(W-1km-1)は光カー効果に基づく非線形光学定数である。γ(W-1km-1)は通常の光ファイバに対しては、1〜2 W-1km-1程度の値であるが、数十〜数百 W-1km-1程度の値をとる有効断面積を小さくした高非線形光ファイバと呼ばれる特殊な光ファイバも開発されている。
The above-described phase shift φ is given by the following equation (1).
φ = 2γPL (1)
Here, P (W) is the power of the control light, and L (km) is the length of the optical fiber constituting the optical fiber loop. γ (W −1 km −1 ) is a nonlinear optical constant based on the optical Kerr effect. γ against the (W -1 km -1) normal optical fiber, 1-2 although W is a value of about -1 miles -1, several tens to several hundreds W -1 miles -1 value of about A special optical fiber called a highly nonlinear optical fiber with a reduced effective area has also been developed.

この位相シフト量φがπに等しい時、信号光の光パルスの偏波方向が、この光スイッチへの入力時に対して90°回転する。すなわち、信号光の光パルスの偏波方向が、光ファイバの光学軸に対して-45°の方向になる。光スイッチの出力側に検光子を配置することで、制御光により信号光の光パルスを通過させたり、遮断したりすることができる。すなわち、検光子の光学軸の方向を、信号光の光パルスの偏波方向がこの光スイッチへの入力時に対して90°回転している場合には透過し、入力時と同一の偏波方向である場合には遮断する向きに設定して配置すれば、制御光によって偏波面が回転された光パルスのみがこの光スイッチを透過できるので、制御光によって、信号光の光パルスをスイッチできる。   When the phase shift amount φ is equal to π, the polarization direction of the optical pulse of the signal light is rotated by 90 ° with respect to the input time to the optical switch. That is, the polarization direction of the optical pulse of the signal light is −45 ° with respect to the optical axis of the optical fiber. By arranging the analyzer on the output side of the optical switch, the optical pulse of the signal light can be passed or blocked by the control light. That is, the direction of the optical axis of the analyzer is transmitted when the polarization direction of the optical pulse of the signal light is rotated by 90 ° with respect to the input to this optical switch, and the same polarization direction as that at the input In such a case, if it is arranged in the blocking direction, only the optical pulse whose polarization plane is rotated by the control light can pass through this optical switch, so that the optical pulse of the signal light can be switched by the control light.

非特許文献1に開示されている光スイッチにおいて、上述のスイッチ動作が着実に行なわれるためには、信号光及び制御光のそれぞれの光パルスの偏光状態が、偏波面保存光ファイバ中で維持されることが前提条件である。この光スイッチは、偏波面保存光ファイバの光軸方向における中間の位置に、偏波保存単一モード光ファイバの光学軸を直交させて融着した構造(「融着部」ということもある。)を設けることで、光パルスの偏光状態を実質的に維持する工夫がなされている。   In the optical switch disclosed in Non-Patent Document 1, in order for the above switching operation to be performed steadily, the polarization state of each optical pulse of the signal light and the control light is maintained in the polarization maintaining optical fiber. It is a prerequisite. This optical switch has a structure in which the optical axis of the polarization-maintaining single-mode optical fiber is orthogonally fused at an intermediate position in the optical axis direction of the polarization-maintaining optical fiber (sometimes referred to as a “fused portion”). ) Is devised to substantially maintain the polarization state of the light pulse.

光パルスの偏光状態を実質的に維持するとは、具体的に説明すると次のようになる。まず、偏波面保存光ファイバの入射端から融着部までを第1段目の偏波面保存光ファイバ、融着部から偏波面保存光ファイバの出射端までを第2段目の偏波面保存光ファイバと呼ぶことにする。第1段目の偏波面保存光ファイバの光学軸に対して45°偏波面が傾いた直線偏光を入力する。このとき、入力光の、第1段目の偏波面保存光ファイバのfast軸とslow軸とに対する、それぞれ平行な成分をS成分及びP成分と定義する。そして、入力光が第1段目の偏波面保存光ファイバにおいてその入力光のS成分とP成分との間に生ずる位相差がφであるとする。   More specifically, the fact that the polarization state of the light pulse is substantially maintained is as follows. First, the polarization-maintaining optical fiber in the first stage extends from the incident end to the fused portion of the polarization-maintaining optical fiber, and the second-stage polarization-maintaining light extends from the fused portion to the output end of the polarization-maintaining optical fiber. It will be called a fiber. Linearly polarized light with a 45 ° polarization plane tilted with respect to the optical axis of the first-stage polarization-maintaining optical fiber is input. At this time, components parallel to the fast axis and the slow axis of the first-stage polarization-maintaining optical fiber of the input light are defined as an S component and a P component, respectively. It is assumed that the phase difference generated between the S component and the P component of the input light in the first-stage polarization-maintaining optical fiber is φ.

このとき、入力光が、第2段目の偏波面保存光ファイバにおいてその入力光のS成分とP成分との間に生ずる位相差が-φとなるように、この光スイッチを構成している偏波面保存光ファイバが設計されているという意味である。つまり、信号光が、光スイッチの入力端である第1段目の偏波面保存光ファイバの入力端から入力されて、検光子に到達するまでの経路に対して、この経路に信号光がTM偏光として入力されたときと、TE偏光として入力されたときの光路長(幾何学的長さに屈折率を乗じた値)が一致する位置に、上述の融着部が設けられているということである。   At this time, the optical switch is configured so that the phase difference generated between the S component and the P component of the input light in the second-stage polarization plane-maintaining optical fiber becomes −φ. This means that a polarization maintaining optical fiber is designed. In other words, the signal light is input to the path from the input end of the first-stage polarization-maintaining optical fiber, which is the input end of the optical switch, to the analyzer. The above-mentioned fused portion is provided at a position where the optical path length (the geometric length multiplied by the refractive index) matches when input as polarized light and when input as TE polarized light. It is.

すなわち、上述の動作を実現させるためには、第1段目の偏波面保存光ファイバと第2段目の偏波面保存光ファイバとが、同一の構造を有していることが保証された上で、第1段目の偏波面保存光ファイバと第2段目の偏波面保存光ファイバとの長さが相等しくなるように設定する必要がある。   That is, in order to realize the above-described operation, it is ensured that the first-stage polarization-maintaining optical fiber and the second-stage polarization-maintaining optical fiber have the same structure. Therefore, it is necessary to set the lengths of the first-stage polarization-maintaining optical fiber and the second-stage polarization-maintaining optical fiber to be equal to each other.

偏波面保存光ファイバとして広く利用される、パンダ(PANDA:Polarization -maintaining AND Absorption-reducing)型光ファイバは、導波される光の電場ベクトルの振動方向がfast軸に平行である場合の実効屈折率とslow軸に平行である場合の実効屈折率との差異が3×10-4程度である。従って、導波される光パルスの波長が1.5μmである場合を例にすると、この偏波面保存光ファイバを光パルスが5 mm程度伝播すれば、電場ベクトルの振動方向がfast軸に平行な成分と、電場ベクトルの振動方向がslow軸に平行な成分との間に2πの位相差が発生する。 Panda (PANDA: Polarization-maintaining AND Absorption-reducing) type optical fiber, which is widely used as a polarization-maintaining optical fiber, is effective refraction when the direction of oscillation of the electric field vector of the guided light is parallel to the fast axis. The difference between the refractive index and the effective refractive index when parallel to the slow axis is about 3 × 10 −4 . Therefore, in the case where the wavelength of the guided optical pulse is 1.5 μm, for example, if the optical pulse propagates about 5 mm through this polarization-maintaining optical fiber, the vibration direction of the electric field vector is a component parallel to the fast axis. And a phase difference of 2π is generated between the vibration direction of the electric field vector and a component parallel to the slow axis.

すなわち、第1段目の偏波面保存光ファイバと第2段目の偏波面保存光ファイバとの長さの差を5 mmに比べて十分に小さく設定できなければ、この偏波面保存光ファイバを伝播する、光パルスの偏光状態を実質的に維持することができないことを意味している。   In other words, if the difference in length between the first-stage polarization-maintaining optical fiber and the second-stage polarization-maintaining optical fiber cannot be set sufficiently smaller than 5 mm, this polarization-maintaining optical fiber is used. This means that the propagating state of the propagating light pulse cannot be substantially maintained.

一般に、この種の光スイッチに利用される光ファイバの長さは、数十mから数百kmであり、このような長さの光ファイバに対して、その全長をmm以下の制度で設定することは、非常に難しい。また、第1段目の偏波面保存光ファイバと第2段目の偏波面保存光ファイバとの長さの差が十分に小さく設定されていなければ、この光ファイバの周囲温度や信号光あるいは制御光の波長の変動に対して、光スイッチとしての特性を維持することができなくなる。   In general, the length of an optical fiber used for this type of optical switch is several tens of meters to several hundreds of kilometers, and the total length of such an optical fiber is set by a system of mm or less. That is very difficult. If the difference in length between the first-stage polarization-maintaining optical fiber and the second-stage polarization-maintaining optical fiber is not set sufficiently small, the ambient temperature, signal light, or control of this optical fiber The characteristics as an optical switch cannot be maintained with respect to fluctuations in the wavelength of light.

また、市販されているPAND型光ファイバ等の偏波面保存光ファイバは、その長手方向に沿って、fast軸(あるいはslow軸)の方向が完全に不変であるわけではない。そのために、偏波面保存光ファイバへの入力光が偏波面保存光ファイバのfast軸(あるいはslow軸)にその偏波面が平行である直線偏波であっても、この偏波面保存光ファイバからの出力光には、入力光の偏波方向と直交する方向に偏光成分を有していることになる。この入力光の偏波方向と直交する偏波方向の成分は、偏波クロストークと呼ばれる。   In addition, in a polarization maintaining optical fiber such as a commercially available PAND type optical fiber, the direction of the fast axis (or slow axis) is not completely invariant along the longitudinal direction. Therefore, even if the input light to the polarization-maintaining optical fiber is linearly polarized light whose polarization plane is parallel to the fast axis (or slow axis) of the polarization-maintaining optical fiber, The output light has a polarization component in a direction orthogonal to the polarization direction of the input light. The component in the polarization direction orthogonal to the polarization direction of the input light is called polarization crosstalk.

市販の平均的な偏波保存性能を有するPANDA型光ファイバにおいては、この偏波クロストークが、PANDA型光ファイバの長さが数十m以上の長さになると、急激に増大することが知られている(例えば、非特許文献2参照)。   In commercially available PANDA type optical fibers with average polarization preserving performance, this polarization crosstalk is known to increase rapidly when the length of the PANDA type optical fiber is several tens of meters or more. (For example, see Non-Patent Document 2).

既に説明したように、光カー効果を利用する光スイッチは、通常数十m以上の長さの偏波面保存光ファイバが用いられて構成されるので、その設計においては、偏波クロストークを十分に考慮する必要がある。光スイッチを構成する偏波面保存光ファイバを伝播する光パルスは、fast軸及びslow軸の両方向に対する偏光成分を有している。このため偏波クロストークが発生すれば、信号光の光パルスの本来の偏波方向成分と偏波クロストークとが干渉し、信号光の光パルスの偏光状態は、偏波クロストークが存在しない場合と異なる状態となる。この偏波クロストークにより信号光の光パルスに与えられる効果は、信号光の光パルスの波長や、偏波面保存光ファイバの周囲温度等が変化することによっても変化する。すなわち、偏波クロストークの存在によって、光スイッチの動作特性に変動を与える不安定動作を引き起こすという問題が発生する。
"Ultrafast optical multi/demultiplexer utilising optical Kerr effect in polarisation-maintaining single-mode fibres," T. Morioka, M. Saruwatari and A Takada, Electronic Letters, vol. 23, No. 9 pp. 453-454, 1987. 「偏波保持光ファイバ」荒井、齋藤、小山、中村、横溝、相曽, 古河電工時報、第109号、pp. 5-10, 2002.
As already explained, an optical switch using the optical Kerr effect is usually configured using a polarization-maintaining optical fiber having a length of several tens of meters or more. Need to be considered. An optical pulse propagating through the polarization-maintaining optical fiber constituting the optical switch has polarization components in both the fast axis and slow axis directions. Therefore, if polarization crosstalk occurs, the original polarization direction component of the optical pulse of the signal light interferes with the polarization crosstalk, and the polarization state of the optical pulse of the signal light does not exist. It becomes a different state. The effect given to the optical pulse of the signal light by this polarization crosstalk also varies depending on the wavelength of the optical pulse of the signal light, the ambient temperature of the polarization plane preserving optical fiber, and the like. That is, the presence of polarization crosstalk causes a problem of causing an unstable operation that varies the operating characteristics of the optical switch.
"Ultrafast optical multi / demultiplexer utilising optical Kerr effect in polarisation-maintaining single-mode fibers," T. Morioka, M. Saruwatari and A Takada, Electronic Letters, vol. 23, No. 9 pp. 453-454, 1987. "Polarization-maintaining optical fiber" Arai, Saito, Oyama, Nakamura, Yokomizo, Aiso, Furukawa Electric Times, 109, pp. 5-10, 2002.

そこで、この発明の目的は、被制御光である信号光の波長や光スイッチの周囲温度が変化しても、その動作特性が変化せず、かつ偏波クロストークの影響を受けない、安定動作が保証された光スイッチを提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to operate stably even if the wavelength of the signal light that is the controlled light and the ambient temperature of the optical switch change, the operation characteristics do not change, and the operation is not affected by the polarization crosstalk. Is to provide a guaranteed optical switch.

上述の目的を達成するため、この発明の光スイッチは、第1偏波分離合成モジュールと、第2偏波分離合成モジュールと、第1偏波面保存光ファイバと、第2偏波面保存光ファイバと、第1偏波面変換部と、第3偏波面保存光ファイバと、第4偏波面保存光ファイバと、第2偏波面変換部とを具えている。   To achieve the above object, an optical switch of the present invention includes a first polarization separation / combination module, a second polarization separation / combination module, a first polarization plane maintaining optical fiber, and a second polarization plane maintaining optical fiber, A first polarization plane converting unit, a third polarization plane preserving optical fiber, a fourth polarization plane preserving optical fiber, and a second polarization plane converting unit.

第1偏波分離合成モジュールは、信号光を入力する第1入出力端と、第1偏波面保存光ファイバの一端を結合する第1入出力端に対向する側の第2入出力端と、スイッチされた信号光を出力する第3入出力端とを具えている。   The first polarization separation / combination module includes a first input / output end for inputting signal light, a second input / output end facing the first input / output end for coupling one end of the first polarization-maintaining optical fiber, And a third input / output terminal for outputting the switched signal light.

第2偏波分離合成モジュールは、第2偏波面保存光ファイバの他端を結合する第1入出力端と、第1入出力端に対向する側に第3偏波面保存光ファイバの一端を結合する第2入出力端と、第4偏波面保存光ファイバの一端を結合する第3入出力端と、第3入出力端に対向する側に偏波クロストーク成分を出力する第4入出力端を具えている。   The second polarization separation / combination module combines the first input / output end for coupling the other end of the second polarization-maintaining optical fiber, and one end of the third polarization-maintaining optical fiber on the side facing the first input / output end. A second input / output end, a third input / output end that couples one end of the fourth polarization-maintaining optical fiber, and a fourth input / output end that outputs a polarization crosstalk component to the side facing the third input / output end It has.

第1偏波面保存光ファイバは、第1偏波分離合成モジュールの第2入出力端に一端が結合されており、第2偏波面保存光ファイバは、第2偏波分離合成モジュールの第1入出力端に他端が結合されており、第1偏波面保存光ファイバの他端と第2偏波面保存光ファイバの一端とは第1偏波面変換部を介して接続されている。   One end of the first polarization maintaining optical fiber is coupled to the second input / output end of the first polarization separation / combination module, and the second polarization maintaining optical fiber is connected to the first input of the second polarization separation / combination module. The other end is coupled to the output end, and the other end of the first polarization-maintaining optical fiber and one end of the second polarization-maintaining optical fiber are connected via a first polarization plane converter.

また、第3偏波面保存光ファイバは、第2偏波分離合成モジュールの第2入出力端に一端が結合され、かつ光カプラを具えており、第4偏波面保存光ファイバは、第2偏波分離合成モジュールの第3入出力端に一端が結合されており、第3偏波面保存光ファイバの他端と第4偏波面保存光ファイバの他端とは、第2偏波面変換部を介して接続されている。   The third polarization-maintaining optical fiber has one end coupled to the second input / output end of the second polarization separation / combination module and includes an optical coupler. The fourth polarization-maintaining optical fiber is the second polarization-maintaining optical fiber. The other end of the third polarization-maintaining optical fiber and the other end of the fourth polarization-maintaining optical fiber are connected via the second polarization plane converter. Connected.

まず、第1偏波分離合成モジュールを構成している、偏波分離合成素子の偏波面選択性を有する反射面(以後、「偏波面選択反射面」ということもある。)へ光が入射する場合、この入射光の偏波面選択反射面に対する電場ベクトルの振動方向に対応する成分を次のように定義する。すなわち、偏波分離合成素子の偏波面選択反射面へ入射する入射光の入射面に平行な方向に電場ベクトルが振動する成分をp成分、入射光の入射面に垂直な方向に電場ベクトルが振動する成分をs成分と呼ぶこととする。   First, light is incident on a reflection surface having polarization plane selectivity of the polarization separation / combination element (hereinafter, also referred to as “polarization plane selection reflection surface”) that constitutes the first polarization separation / combination module. In this case, the component corresponding to the vibration direction of the electric field vector with respect to the polarization plane selective reflection surface of the incident light is defined as follows. That is, the component that the electric field vector oscillates in the direction parallel to the incident surface of the incident light incident on the polarization plane selective reflection surface of the polarization splitting / combining element is the p component, and the electric field vector oscillates in the direction perpendicular to the incident surface of the incident light. The component to be called is referred to as the s component.

この発明の光スイッチによれば、この光スイッチへの入力信号光である直線偏光の信号光が、第1偏波分離合成モジュールの第1入出力端に入力されて、信号光の偏波面が保存されて第1偏波分離合成モジュールの第2入出力端から出力される。   According to the optical switch of the present invention, the linearly polarized signal light that is the input signal light to the optical switch is input to the first input / output end of the first polarization separation / combination module, and the polarization plane of the signal light is Stored and output from the second input / output terminal of the first polarization separation / combination module.

このように動作させるために、入力信号光の偏波方向を次のように設定する。すなわち、この光スイッチへの入力信号光である直線偏光の信号光を、p偏波光として第1偏波分離合成モジュールの第1入出力端に入力させる。偏波分離合成素子の偏波面選択反射面は、p成分のみを透過させs成分のみを反射させる性質を有している。そのため、p偏波光として第1偏波分離合成モジュールの第1入出力端に入力された信号光はp偏波光のままに第1偏波分離合成モジュールの、第1入出力端に対向する側に設置されている第2入出力端から出力される。   In order to operate in this way, the polarization direction of the input signal light is set as follows. That is, linearly polarized signal light that is input signal light to the optical switch is input to the first input / output terminal of the first polarization separation / combination module as p-polarized light. The polarization plane selective reflection surface of the polarization beam splitting / combining element has a property of transmitting only the p component and reflecting only the s component. Therefore, the signal light input as p-polarized light to the first input / output end of the first polarization separation / combination module remains p-polarized light and faces the first input / output end of the first polarization separation / combination module. Is output from the second input / output terminal installed in the.

第1偏波分離合成モジュールの第2入出力端から出力された信号光は、第1偏波面保存光ファイバの一端から、この第1偏波面保存光ファイバの光学軸に偏波面が合致するように入力されて伝播し、この第1偏波面保存光ファイバの他端に設置された第1偏波面変換部に到達してここを通過して、第2偏波面保存光ファイバの一端に入力される。   The signal light output from the second input / output end of the first polarization separation / combination module is such that the plane of polarization coincides with the optical axis of the first polarization plane preserving optical fiber from one end of the first polarization plane preserving optical fiber. Is transmitted to the first polarization plane preserving optical fiber, reaches the first polarization plane converter installed at the other end of the first polarization plane preserving optical fiber, passes there, and is input to one end of the second polarization preserving optical fiber. The

第1偏波面変換部は、例えば、第1偏波面保存光ファイバの光学軸と第2偏波面保存光ファイバの光学軸とが互いに45°の角度を成して融着することによって形成されている。そのため、詳細は後述するが、第1偏波面変換部を通過した信号光は、第2偏波面保存光ファイバの光学軸に対して平行な電場ベクトル成分と垂直な電場ベクトル成分とを有する偏光状態で、第2偏波面保存光ファイバを伝播して、第2偏波分離合成モジュールの第1入出力端へ入力される。そして、第2偏波分離合成モジュールの第1入出力端を介して第2偏波分離合成モジュールに入力された信号光は、偏波面が互いに直交する第1信号光と第2信号光とに分離され、それぞれ第2偏波分離合成モジュールの第2入出力端及び第3入出力端から出力される。   The first polarization plane conversion unit is formed, for example, by fusing the optical axis of the first polarization plane preserving optical fiber and the optical axis of the second polarization plane preserving optical fiber at an angle of 45 ° with each other. Yes. Therefore, as will be described in detail later, the signal light that has passed through the first polarization plane conversion unit has a polarization state having an electric field vector component parallel to the optical axis of the second polarization plane preserving optical fiber and a vertical electric field vector component. Then, it propagates through the second polarization-maintaining optical fiber and is input to the first input / output end of the second polarization separation / combination module. The signal light input to the second polarization separation / combination module via the first input / output end of the second polarization separation / combination module is converted into the first signal light and the second signal light whose polarization planes are orthogonal to each other. Separated and output from the second input / output end and the third input / output end of the second polarization separation / combination module, respectively.

第1信号光は、第3偏波面保存光ファイバの一端から入力されて第3偏波面保存光ファイバを伝播して、第3偏波面保存光ファイバの他端に設けられている第2偏波面変換部を通過し第4偏波面保存光ファイバに入力される。第2偏波面変換部は、例えば、第3偏波面保存光ファイバの光学軸と第4偏波面保存光ファイバの光学軸とが互いに90°の角度を成して融着されることによって形成されている。そのため第3偏波面保存光ファイバを伝播した第1信号光の偏波面は90°回転されて第4偏波面保存光ファイバに入力される。こうして第4偏波面保存光ファイバを伝播した第1信号光は、第2偏波分離合成モジュールの第3入出力端へ入力される。   The first signal light is input from one end of the third polarization-maintaining optical fiber, propagates through the third polarization-maintaining optical fiber, and is provided at the other end of the third polarization-maintaining optical fiber. It passes through the converter and is input to the fourth polarization-maintaining optical fiber. The second polarization plane conversion unit is formed, for example, by fusing the optical axis of the third polarization plane preserving optical fiber and the optical axis of the fourth polarization plane preserving optical fiber at an angle of 90 ° with each other. ing. Therefore, the polarization plane of the first signal light that has propagated through the third polarization-maintaining optical fiber is rotated by 90 ° and input to the fourth polarization-maintaining optical fiber. Thus, the first signal light propagated through the fourth polarization-maintaining optical fiber is input to the third input / output terminal of the second polarization separation / combination module.

一方、第2信号光は、第2偏波分離合成モジュールの第3入出力端から出力されて、第4偏波面保存光ファイバの一端から入力されて第4偏波面保存光ファイバを伝播して、第4偏波面保存光ファイバの他端に設けられている第2偏波面変換部を通過し第3偏波面保存光ファイバに入力される。第2偏波面変換部において、第1信号光の場合と同様に、第4偏波面保存光ファイバを伝播した第2信号光の偏波面は90°回転されて第3偏波面保存光ファイバに入力される。こうして第3偏波面保存光ファイバを伝播した第2信号光は、第2偏波分離合成モジュールの第2入出力端へ入力される。   On the other hand, the second signal light is output from the third input / output end of the second polarization separation / combination module, input from one end of the fourth polarization-maintaining optical fiber, and propagates through the fourth polarization-maintaining optical fiber. Then, the light passes through the second polarization plane converter provided at the other end of the fourth polarization plane-maintaining optical fiber and is input to the third polarization plane-maintaining optical fiber. As in the case of the first signal light, the polarization plane of the second signal light propagated through the fourth polarization-maintaining optical fiber is rotated by 90 ° and input to the third polarization-maintaining optical fiber in the second polarization plane conversion unit. Is done. Thus, the second signal light propagated through the third polarization-maintaining optical fiber is input to the second input / output terminal of the second polarization separation / combination module.

ここで、第2偏波分離合成モジュールの第2入出力端へ入力される第2信号光の偏波面の方向と、第2偏波分離合成モジュールの第1入出力端を介して第2偏波分離合成モジュールに入力された信号光のうち、第2偏波分離合成モジュールの第2入出力端に出力された第1信号光の偏波面の方向とは一致する。また、第2偏波分離合成モジュールの第3入出力端へ入力される第1信号光の偏波面の方向と、第2偏波分離合成モジュールの第1入出力端を介して第2偏波分離合成モジュールに入力された信号光のうち、第2偏波分離合成モジュールの第3入出力端に出力された第2信号光の偏波面の方向とは一致する。   Here, the direction of the polarization plane of the second signal light input to the second input / output end of the second polarization separation / combination module and the second polarization via the first input / output end of the second polarization separation / combination module. Of the signal light input to the wave separation / combination module, the direction of the polarization plane of the first signal light output to the second input / output terminal of the second polarization separation / combination module coincides. The direction of the polarization plane of the first signal light input to the third input / output end of the second polarization separation / combination module and the second polarization via the first input / output end of the second polarization separation / combination module Of the signal light input to the separation / combination module, the direction of the polarization plane of the second signal light output to the third input / output terminal of the second polarization separation / combination module coincides.

そこで、第2偏波分離合成モジュールで合波される上述の第2信号光および第1信号光は合波された後に、第2偏波分離合成モジュール18に向けて信号光が入力されてきたときと全く同一の偏光状態で、信号光が入力されてきたときとは逆の方向である、第2偏波面保存光ファイバから第1偏波面保存光ファイバの方向に向かって伝播して、第1偏波分離合成モジュールの第2入出力端から入力されて、この第2入出力端と対向する側の第1入出力端から出力される。   Therefore, after the second signal light and the first signal light combined by the second polarization separation / combination module are combined, the signal light has been input to the second polarization separation / combination module 18 Propagating from the second polarization-maintaining optical fiber toward the first polarization-maintaining optical fiber, in the opposite polarization direction when the signal light is input in exactly the same polarization state, The signal is input from the second input / output end of the single polarization splitting / combining module and output from the first input / output end opposite to the second input / output end.

すなわち、第1偏波分離合成モジュールの第1入出力端に入力された直線偏光の信号光は、上述のように、第1偏波分離合成モジュールの第1入出力端から入力されたときと同一の偏光状態で出力される。言い換えると、この光スイッチに入力された信号光は反射されて、第1偏波分離合成モジュールの第1入出力端から出力されたものとみなせるので、以後このように、第1偏波分離合成モジュールの第1入出力端から出力される信号光を、ループ反射光ということもある。   That is, when the linearly polarized signal light input to the first input / output end of the first polarization separation / combination module is input from the first input / output end of the first polarization separation / combination module, as described above, Output in the same polarization state. In other words, the signal light input to this optical switch is reflected and can be regarded as being output from the first input / output end of the first polarization separation / combination module. The signal light output from the first input / output terminal of the module is sometimes referred to as loop reflected light.

ここで、第3偏波面保存光ファイバが具えている光カプラから制御光が入力される場合を考える。この場合は、第3偏波面保存光ファイバを伝播する第1信号光の位相速度が変化する。第3偏波面保存光ファイバの長さを制御光の強度に応じて調整し、第1信号光が、第3偏波面保存光ファイバを伝播し終えた時点で制御光が存在する場合としない場合とを比較してその位相差を丁度πに等しく設定することができる。   Here, consider a case where control light is input from an optical coupler provided in the third polarization-maintaining optical fiber. In this case, the phase velocity of the first signal light propagating through the third polarization-maintaining optical fiber changes. When the length of the third polarization-maintaining optical fiber is adjusted according to the intensity of the control light, and when the control light is present or not when the first signal light has propagated through the third polarization-maintaining optical fiber And the phase difference can be set exactly equal to π.

そのように設定すれば、詳細は後述するが、第2偏波分離合成モジュールで、第2信号光および第1信号光が合波された後は、第1偏波面変換部を第2偏波面保存光ファイバから第1偏波面保存光ファイバに向けて通過すると、信号光が第1偏波面保存光ファイバから第2偏波面保存光ファイバに向けてこの光スイッチへの入力信号光として第1偏波面変換部を通過したときの偏波面の方向とは直交する偏波面を有する出力信号光として、第1偏波面保存光ファイバを伝播する。そのため、この出力信号光は、第1偏波分離合成モジュールの第2入出力端から入力されて、第3入出力端から出力される。以後このように、第1偏波分離合成モジュールの第3入出力端から出力される信号光を、ループ透過光ということもある。   If so configured, the details will be described later, but after the second signal light and the first signal light are combined in the second polarization separation / combination module, the first polarization plane conversion unit is changed to the second polarization plane. When passing from the storage optical fiber toward the first polarization-maintaining optical fiber, the signal light passes from the first polarization-maintaining optical fiber to the second polarization-maintaining optical fiber as the first polarization as input signal light to this optical switch. It propagates through the first polarization plane preserving optical fiber as output signal light having a polarization plane orthogonal to the direction of the polarization plane when passing through the wavefront converter. Therefore, this output signal light is input from the second input / output end of the first polarization splitting / combining module and output from the third input / output end. Hereinafter, the signal light output from the third input / output terminal of the first polarization separation / combination module may be referred to as loop transmitted light.

以上説明したように、この発明の光スイッチは、第1信号光の経路と第2信号光の経路とが共通しているので、信号光の波長や光スイッチの周囲温度が変化しても、その動作特性が変化せず、安定動作が保証された光スイッチを実現することができる。   As described above, the optical switch of the present invention has a common path for the first signal light and the second signal light, so even if the wavelength of the signal light or the ambient temperature of the optical switch changes, It is possible to realize an optical switch whose operation characteristics are not changed and whose stable operation is guaranteed.

この光スイッチにおいて、偏波クロストークが主に発生するのは、ファイバ長が最も長い第3偏波面保存光ファイバにおいてである。第1信号光に混入する偏波クロストーク成分は、第1信号光の偏波方向と直交する偏波方向を有する成分であるから、詳細は後述するが、第2偏波分離合成モジュールの第3入出力端から入力された後、第4入出力端から出力される。そのため第1偏波分離合成モジュールの第3入出力端から出力されるループ透過光にこの成分が含まれることはない。また、第2信号光に混入する偏波クロストーク成分は、第2信号光の偏波方向と直交する偏波方向を有する成分であるから、これも、同様に第2偏波分離合成モジュールの第2入出力端から入力された後、第4入出力端から出力される。そのため第1偏波分離合成モジュールの第3入出力端から出力されるループ透過光にこの成分が含まれることはない。   In this optical switch, the polarization crosstalk mainly occurs in the third polarization-maintaining optical fiber having the longest fiber length. Since the polarization crosstalk component mixed in the first signal light is a component having a polarization direction orthogonal to the polarization direction of the first signal light, the details of the second polarization separation / combination module will be described later. After being input from the 3 input / output terminal, it is output from the 4th input / output terminal. Therefore, this component is not included in the loop transmitted light output from the third input / output terminal of the first polarization splitting / combining module. Also, since the polarization crosstalk component mixed in the second signal light is a component having a polarization direction orthogonal to the polarization direction of the second signal light, this is similarly applied to the second polarization separation / combination module. After being input from the second input / output terminal, it is output from the fourth input / output terminal. Therefore, this component is not included in the loop transmitted light output from the third input / output terminal of the first polarization splitting / combining module.

このように、この発明の光スイッチによれば、第3偏波面保存光ファイバの長さが長くても、偏波クロストーク成分はスイッチ動作に影響を与えない。すなわち、偏波クロストークの影響を受けない、安定動作が保証された光スイッチが実現する。   Thus, according to the optical switch of the present invention, the polarization crosstalk component does not affect the switch operation even when the third polarization-maintaining optical fiber is long. That is, it is possible to realize an optical switch that is not affected by polarization crosstalk and that is guaranteed to operate stably.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の機器及び条件等を用いることがあるが、これら材料及び条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each figure shows one configuration example according to the present invention, and only schematically shows the arrangement relationship of each component to the extent that the present invention can be understood. It is not limited to. In the following description, specific equipment and conditions may be used. However, these materials and conditions are only one of preferred examples, and are not limited to these. Moreover, in each figure, the same component is shown with the same number, and the overlapping description may be omitted.

<第1の実施の形態>
図1を参照して第1の実施の形態である光スイッチの構造と動作について説明する。
<First Embodiment>
The structure and operation of the optical switch according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

(構造)
この光スイッチは、第1偏波分離合成モジュール10と、第2偏波分離合成モジュール18と、第1偏波面保存光ファイバ12と、第2偏波面保存光ファイバ16と、第1偏波面変換部14と、第3偏波面保存光ファイバ22と、第4偏波面保存光ファイバ26と、第2偏波面変換部24とを具えている。
(Construction)
This optical switch includes a first polarization separation / combination module 10, a second polarization separation / combination module 18, a first polarization plane preserving optical fiber 12, a second polarization plane preserving optical fiber 16, and a first polarization plane conversion. Unit 14, a third polarization plane-maintaining optical fiber 22, a fourth polarization plane-maintaining optical fiber 26, and a second polarization plane converter 24.

第1偏波分離合成モジュール10は、信号光を入力するための入力用光ファイバ32-2の一端が結合されている第1入出力端10-1と、第1入出力端10-1に対向する側に第1偏波面保存光ファイバ12の一端が結合されている第2入出力端10-2と、スイッチされた信号光を出力する第3入出力端10-3とを具えている。   The first polarization separation / combination module 10 includes a first input / output terminal 10-1 to which one end of an input optical fiber 32-2 for inputting signal light is coupled, and a first input / output terminal 10-1. It has a second input / output end 10-2 to which one end of the first polarization plane preserving optical fiber 12 is coupled to the opposite side, and a third input / output end 10-3 for outputting the switched signal light. .

第2偏波分離合成モジュール18は、第2偏波面保存光ファイバ16の他端を結合する第1入出力端18-1と、第1入出力端18-1に対向する側に第3偏波面保存光ファイバ22の一端を結合する第2入出力端18-2と、第4偏波面保存光ファイバ26の一端を結合する第3入出力端18-3と、第3入出力端18-3に対向する側に偏波クロストーク成分を出力する第4入出力端18-4を具えている。   The second polarization separation / combination module 18 includes a first input / output end 18-1 for coupling the other end of the second polarization plane-maintaining optical fiber 16, and a third polarization on the side facing the first input / output end 18-1. A second input / output end 18-2 for coupling one end of the wavefront-maintaining optical fiber 22, a third input / output end 18-3 for coupling one end of the fourth polarization-maintaining optical fiber 26, and a third input / output end 18- A fourth input / output terminal 18-4 for outputting a polarization crosstalk component is provided on the side facing 3.

第1偏波面保存光ファイバ12は、第1偏波分離合成モジュール10の第2入出力端10-2に一端が結合されており、第2偏波面保存光ファイバ16は、第2偏波分離合成モジュール18の第1入出力端18-1に他端が結合されており、第1偏波面保存光ファイバ12の他端と第2偏波面保存光ファイバ16の一端とは第1偏波面変換部14(図1ではAと示されている位置に設定されている。)を介して接続されている。   The first polarization-maintaining optical fiber 12 has one end coupled to the second input / output terminal 10-2 of the first polarization separation / combination module 10, and the second polarization-maintaining optical fiber 16 has the second polarization separation The other end is coupled to the first input / output end 18-1 of the combining module 18, and the other end of the first polarization-maintaining optical fiber 12 and one end of the second polarization-maintaining optical fiber 16 are converted to the first polarization plane. It is connected via a portion 14 (set to a position indicated as A in FIG. 1).

また、第3偏波面保存光ファイバ22は、第2偏波分離合成モジュール18の第2入出力端18-2に一端が結合され、かつ光カプラ20を具えており、第4偏波面保存光ファイバ26は、第2偏波分離合成モジュール18の第3入出力端18-3に一端が結合されており、第3偏波面保存光ファイバ22の他端と第4偏波面保存光ファイバ26の他端とは、第2偏波面変換部24(図1ではBと示されている位置に設定されている。)を介して接続されている。   The third polarization-maintaining optical fiber 22 has one end coupled to the second input / output end 18-2 of the second polarization separation / combination module 18, and includes an optical coupler 20. One end of the fiber 26 is coupled to the third input / output end 18-3 of the second polarization separation / combination module 18, and the other end of the third polarization plane preserving optical fiber 22 and the fourth polarization plane preserving optical fiber 26 are connected. The other end is connected via a second polarization plane converter 24 (set at a position indicated by B in FIG. 1).

第1乃至第4偏波面保存光ファイバとして利用して好適な偏波面保存光ファイバとしては、図2に示すPANDA型光ファイバが代表的である。この光ファイバは、コアの近傍に応力付与部を形成し,コアに強い応力を加えることにより偏波保持性を得ている。   As a polarization maintaining optical fiber suitable for use as the first to fourth polarization maintaining optical fibers, a PANDA type optical fiber shown in FIG. 2 is representative. This optical fiber has a polarization maintaining property by forming a stress applying portion in the vicinity of the core and applying a strong stress to the core.

図2は、偏波面保存光ファイバである、PANDA型光ファイバの光の伝播方向に対して垂直に切断した断面の概略的構造を示す図である。光が導波されるコア142を取り囲むクラッド140に、コア142を挟む形で応力付与部144が形成されている。例えば、クラッド140はSiO2、コア142はGeO2がドープされたSiO2で形成され、応力付与部144はB2O3がドープされたSiO2から形成される。 FIG. 2 is a diagram showing a schematic structure of a cross section cut perpendicular to the light propagation direction of a PANDA type optical fiber, which is a polarization-maintaining optical fiber. A stress applying portion 144 is formed in a clad 140 surrounding the core 142 through which light is guided so as to sandwich the core 142. For example, the clad 140 is made of SiO 2 , the core 142 is made of SiO 2 doped with GeO 2 , and the stress applying portion 144 is made of SiO 2 doped with B 2 O 3 .

このように形成することによって、図2中で、PANDA型光ファイバの光の伝播方向に対して垂直な面内に設定されたslow軸との方向と、slow軸と直交するfast軸の方向では、コア142を導波される光に対する等価屈折率が異なる。すなわち、コア142の近くにクラッド140の屈折率より高い屈折率を有する応力付与部がおかれているために、光の電場ベクトルの振動方向がslow軸の方向に平行な光に対する等価屈折率が、光の電場ベクトルの振動方向がfast軸の方向に平行な光に対する等価屈折率よりも高くなる。このような等価屈折率の非対称性があるために、PANDA型光ファイバに入力される光の偏波面は保存されて伝播されるようになる。   By forming in this way, in FIG. 2, in the direction of the slow axis set in the plane perpendicular to the light propagation direction of the PANDA type optical fiber, and the direction of the fast axis perpendicular to the slow axis The equivalent refractive index for light guided through the core 142 is different. That is, since a stress applying portion having a refractive index higher than the refractive index of the clad 140 is disposed near the core 142, the equivalent refractive index for light in which the vibration direction of the electric field vector of light is parallel to the slow axis direction is The oscillation direction of the electric field vector of light becomes higher than the equivalent refractive index for light parallel to the fast axis direction. Due to the asymmetry of the equivalent refractive index, the polarization plane of the light input to the PANDA type optical fiber is preserved and propagated.

すなわち、PANDA型光ファイバでは、直線偏波の光の偏波面を、図2に示すslow軸(もしくはfast軸)に合わせて入力すると、偏波状態が保たれたままPANDA型光ファイバ中を伝搬し、出射端においても、偏波面が、slow軸(もしくはfast軸)に一致した直線偏波の光成分のみを得ることが可能である。   In other words, in the PANDA type optical fiber, if the polarization plane of linearly polarized light is input in accordance with the slow axis (or fast axis) shown in Fig. 2, it propagates through the PANDA type optical fiber while maintaining the polarization state. Even at the emission end, it is possible to obtain only a linearly polarized light component whose polarization plane coincides with the slow axis (or fast axis).

以下の説明では、便宜のために、図1に示す光スイッチの概略的構成図において、光伝送路である偏波面保存光ファイバを伝播する光の偏波方向を次のように規定しておく。光の電場ベクトルの振動方向が図1の紙面に対して垂直な偏光をTE (Transverse-Electric Modes)偏波と呼び、紙面に垂直な方向をTE方向という。また、光の電場ベクトルの振動方向が紙面に対して平行な偏光をTM (Transverse-Magnetic Modes)偏波と呼び、紙面に平行な方向をTM方向という。もちろん、この発明の光スイッチの利用の可能性は上記の場合に限定されるものではない。   In the following description, for the sake of convenience, in the schematic configuration diagram of the optical switch shown in FIG. 1, the polarization direction of light propagating through the polarization-maintaining optical fiber that is an optical transmission path is defined as follows. . Polarized light whose electric field vector oscillation direction is perpendicular to the paper surface of FIG. 1 is called TE (Transverse-Electric Modes) polarized light, and the direction perpendicular to the paper surface is called the TE direction. Also, polarized light in which the vibration direction of the electric field vector of light is parallel to the paper surface is called TM (Transverse-Magnetic Modes) polarized light, and the direction parallel to the paper surface is called TM direction. Of course, the possibility of using the optical switch of the present invention is not limited to the above case.

また以下の説明において、第1偏波分離合成モジュール10等の偏波分離合成モジュールへ光が入射する場合、入射光の偏波分離合成モジュールの偏波面選択反射面に対する電場ベクトルの振動方向に対応する成分を次のように定義する。すなわち、偏波面選択反射面へ入射する入射光の入射面に平行な方向に電場ベクトルが振動する成分をp成分、入射光の入射面に垂直な方向に電場ベクトルが振動する成分をs成分と呼ぶこととする。   Also, in the following explanation, when light is incident on a polarization separation / combination module such as the first polarization separation / combination module 10, it corresponds to the vibration direction of the electric field vector with respect to the polarization plane selective reflection surface of the polarization separation / combination module of the incident light. The components to be defined are defined as follows. That is, the component that the electric field vector oscillates in the direction parallel to the incident surface of the incident light incident on the polarization plane selective reflection surface is the p component, and the component that the electric field vector oscillates in the direction perpendicular to the incident surface of the incident light is the s component. I will call it.

例えば、第1偏波分離合成モジュール10へ光が入射する場合、第1偏波分離合成モジュールを構成している偏波分離合成素子の偏波面選択反射面10Rに対する入射面に平行な方向に電場ベクトルが振動する成分はp成分、入射光の入射面に垂直な方向に電場ベクトルが振動する成分はs成分である。第2偏波分離合成モジュール18においても同様である。また、後述する第2の実施の形態及び第3の実施の形態において、利用される第3及び第4偏波分離合成モジュールにおいても、同様である。   For example, when light is incident on the first polarization separation / combination module 10, the electric field is parallel to the incident surface with respect to the polarization plane selective reflection surface 10R of the polarization separation / combination element constituting the first polarization separation / combination module 10 The component that the vector vibrates is the p component, and the component that the electric field vector vibrates in the direction perpendicular to the incident surface of the incident light is the s component. The same applies to the second polarization separation / combination module 18. The same applies to the third and fourth polarization splitting / combining modules used in the second embodiment and the third embodiment described later.

第1偏波分離合成モジュール10等の偏波分離合成モジュールには、例えば市販されている偏光ビームスプリッタの中から好適なものを選んで利用することができる。   As the polarization separation / combination module such as the first polarization separation / combination module 10, a suitable one can be selected from commercially available polarization beam splitters.

また、第3偏波面保存光ファイバ22は、偏波面保存という性質のほかに、非線形光学効果が大きいことも望ましい。非線形光学効果を大きくするため、光ファイバのコア(図2に示すコア142に相当)にGeO2を高濃度ドープして光カー効果に基づく非線形光学定数γ(W-1km-1)を増大させたり、あるいは、光ファイバの導波モード断面積であるモードフィールド径(MFD:Mode Field Diameter)を小さくしたりして、光ファイバ内での光エネルギー密度を高くする工夫がなされている。 Further, it is desirable that the third polarization-maintaining optical fiber 22 has a large nonlinear optical effect in addition to the property of polarization plane preservation. In order to increase the nonlinear optical effect, the optical fiber core (corresponding to the core 142 shown in FIG. 2) is heavily doped with GeO 2 to increase the nonlinear optical constant γ (W −1 km −1 ) based on the optical Kerr effect. In order to increase the optical energy density in the optical fiber, the optical field density (MFD: Mode Field Diameter) which is a waveguide mode cross-sectional area of the optical fiber is reduced.

例えば、MFDが8μmの通常の光ファイバはγ=2 km-1W-1程度であるのに対して、MFDを3.6μmとしてγ=20 km-1W-1と一桁大きくした光ファイバも市販されている。また、ホーリーファイバ(Holey fiber)と呼ばれるクラッドに空洞を形成したファイバや、フォトニックバンドギャップファイバといった、光非線形性の高い光ファイバも開発されている。将来、偏波面保存光ファイバにも上述の工夫が取り入れられ、偏波面保存という性質を備えつつ高い光非線形性を有する光ファイバが開発されることが当然に予想される。 For example, an ordinary optical fiber with an MFD of 8 μm is about γ = 2 km −1 W −1 , whereas an optical fiber with an MFD of 3.6 μm and γ = 20 km −1 W −1 is an order of magnitude larger. It is commercially available. In addition, optical fibers with high optical nonlinearity have been developed, such as a fiber having a cavity formed in a clad called a “Holey fiber” and a photonic bandgap fiber. In the future, it is naturally expected that the polarization-maintaining optical fiber will incorporate the above-described device, and that an optical fiber having high optical nonlinearity while having the property of maintaining the polarization plane will be developed.

以下の説明において、入力用光ファイバ32-2を伝播して第1偏波分離合成モジュール10へ入力する入力信号光の電場ベクトルの振動面の方向(偏波面の方向)は、紙面に平行な面に対して45°傾いているものとして説明する。そして、第1偏波分離合成モジュール10を構成している偏波分離合成素子の偏波面選択反射面10Rに入射する入射光の入射面は、入射信号光32-2の電場ベクトルの振動面の方向と平行になるように設定されているものとする。   In the following description, the direction of the vibration plane (direction of the polarization plane) of the electric field vector of the input signal light that propagates through the input optical fiber 32-2 and is input to the first polarization splitting / combining module 10 is parallel to the plane of the paper. It is assumed that it is inclined 45 ° with respect to the surface. The incident surface of the incident light incident on the polarization plane selective reflection surface 10R of the polarization separation / combination element constituting the first polarization separation / combination module 10 is the vibration surface of the electric field vector of the incident signal light 32-2. It is assumed that it is set to be parallel to the direction.

すなわち、図1において、第1偏波分離合成モジュール10への入力用光ファイバ32-2を伝播する入力信号光の電場ベクトルの振動面の方向は、紙面に平行な面に対して45°傾いている。そして、第1偏波分離合成モジュール10の偏波面選択反射面10Rに入射する入射光の入射面は、入力信号光の電場ベクトルの振動面の方向と平行になるように設定されている。   That is, in FIG. 1, the direction of the vibration surface of the electric field vector of the input signal light propagating through the input optical fiber 32-2 to the first polarization separation / combination module 10 is inclined by 45 ° with respect to the plane parallel to the paper surface. ing. The incident surface of the incident light incident on the polarization plane selective reflection surface 10R of the first polarization separation / combination module 10 is set to be parallel to the direction of the vibration surface of the electric field vector of the input signal light.

第1偏波面保存光ファイバ12は、その一端を第1偏波分離合成モジュール10の第2入出力端10-2に結合されるが、第1偏波面保存光ファイバ12の光学軸(ここでは、slow軸)の向きと、入力用光ファイバ32-2を伝播する入力信号光の電場ベクトルの振動面の方向とが平行になるように結合されている。従って、第1偏波分離合成モジュール10の第2入出力端10-2から出力されて第1偏波面保存光ファイバ12を伝播する信号光の偏波方向は、第1偏波面保存光ファイバ12のslow軸の向きに平行である。以後の説明において、特に断らない限り、偏波面保存光ファイバの光学軸という場合には、slow軸を指すものとする。   One end of the first polarization-maintaining optical fiber 12 is coupled to the second input / output terminal 10-2 of the first polarization separation / combination module 10, but the optical axis of the first polarization-maintaining optical fiber 12 (here, , Slow axis) and the direction of the vibration surface of the electric field vector of the input signal light propagating through the input optical fiber 32-2 are coupled in parallel. Therefore, the polarization direction of the signal light output from the second input / output terminal 10-2 of the first polarization separation / combination module 10 and propagating through the first polarization-maintaining optical fiber 12 is the first polarization-maintaining optical fiber 12. Parallel to the direction of the slow axis. In the following description, unless otherwise specified, the optical axis of the polarization-maintaining optical fiber refers to the slow axis.

ここで、以下における説明の便宜のために、第1偏波面保存光ファイバ12のslow軸の向きは、紙面に平行な面に対して45°傾いているものとし、また、第2偏波面保存光ファイバ14のslow軸の向きは紙面に平行に設定されているものとする。このように第1偏波面保存光ファイバ12のslow軸と第2偏波面保存光ファイバ14のslow軸とを互いに45°傾けて設定できるのは、後述するように、第1偏波面保存光ファイバ12の他端と第2偏波面保存光ファイバ16の一端とが第1偏波面変換部14を介して接続されているためである。   Here, for convenience of explanation below, it is assumed that the direction of the slow axis of the first polarization plane-maintaining optical fiber 12 is inclined by 45 ° with respect to a plane parallel to the paper surface, and the second polarization plane is preserved. The direction of the slow axis of the optical fiber 14 is assumed to be set parallel to the paper surface. In this way, the slow axis of the first polarization-maintaining optical fiber 12 and the slow axis of the second polarization-maintaining optical fiber 14 can be set to be inclined by 45 ° with respect to each other, as will be described later. This is because the other end of 12 and one end of the second polarization-maintaining optical fiber 16 are connected via the first polarization plane converter 14.

もちろん入力信号光の偏波面の方向を上述とは異なり、fast軸に対する方向として設定して光スイッチを構成することも可能であるが、この場合も基本的に、同様の説明となるので、その説明を省略する。   Of course, unlike the above, the direction of the polarization plane of the input signal light can be set as the direction with respect to the fast axis to configure the optical switch. Description is omitted.

第1偏波分離合成モジュール10においては、第1入出力端10−1から入力されたp偏波成分は、第3入出力端10−2に出力され、第2入出力端10−2から入力されたs偏波成分は、第3入出力端10−3に出力される。また、第2入出力端10−2から入力されたp偏波成分は、第1入出力端10−1に出力される。   In the first polarization separation / combination module 10, the p-polarization component input from the first input / output terminal 10-1 is output to the third input / output terminal 10-2, and from the second input / output terminal 10-2. The input s-polarized component is output to the third input / output terminal 10-3. The p-polarized component input from the second input / output terminal 10-2 is output to the first input / output terminal 10-1.

また、第1偏波分離合成モジュール10の第2入出力端10−2から第1偏波面変換部14に至る経路の長さ、すなわち第1偏波面保存光ファイバ12の長さをl1(経路L1ということもある。)、第1偏波面変換部14から第2偏波分離合成モジュール18の第1入出力端18-1に至る経路の長さ、すなわち第2偏波面保存光ファイバ16の長さをl2(経路L2ということもある。)、第2偏波分離合成モジュール18の第2入出力端18-2から第2偏波面変換部24に至る経路、すなわち第3偏波面保存光ファイバ22の長さをl3(経路L3ということもある。)、第2偏波面変換部24から第2偏波分離合成モジュール18の第3入出力端18-3に至る経路、すなわち第4偏波面保存光ファイバ26の長さをl4(経路L4ということもある。)とする。 Further, the length of the path from the second input / output terminal 10-2 of the first polarization separation / combination module 10 to the first polarization plane converter 14, that is, the length of the first polarization plane preserving optical fiber 12, is denoted by l 1 ( also referred to as path L 1.), the length of the path from the first polarization plane conversion portion 14 to the first output terminal 18-1 of the second polarization splitting-combining module 18, i.e. the second polarization maintaining optical fiber The length of 16 is l 2 (also referred to as path L 2 ), the path from the second input / output end 18-2 of the second polarization splitting / combining module 18 to the second polarization plane converter 24, that is, the third The length of the polarization-maintaining optical fiber 22 is l 3 (also referred to as a path L 3 ), and extends from the second polarization plane converter 24 to the third input / output terminal 18-3 of the second polarization separation / combination module 18. The path, that is, the length of the fourth polarization-maintaining optical fiber 26 is assumed to be l 4 (also referred to as path L 4 ).

第1偏波面変換部14及び第2偏波面変換部24は、ファラデー回転子を用いて構成することもできるし、また、図3を参照して説明する構造でも実現できる。図3は、偏波面変換部の構造の説明に供する図であり、光ファイバ170及び光ファイバ172はPANDA型光ファイバである。図3において、断面174及び176は光の伝播方向に対して垂直に切断したPANDA型光ファイバ170及び176の断面の概略的構造を示している。この断面構造は、先に図2を参照して説明したPANDA型光ファイバと同一である。   The first polarization plane conversion unit 14 and the second polarization plane conversion unit 24 can be configured by using a Faraday rotator, and can also be realized by the structure described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the structure of the polarization plane conversion unit. The optical fiber 170 and the optical fiber 172 are PANDA type optical fibers. In FIG. 3, sections 174 and 176 show a schematic structure of a section of PANDA type optical fibers 170 and 176 cut perpendicular to the light propagation direction. This cross-sectional structure is the same as the PANDA type optical fiber described above with reference to FIG.

PANDA型光ファイバ170及び172のそれぞれの切断面は、図3の上部に示すように、それらのslow軸が直交する関係に配置されている。第1偏波面変換部14及び第2偏波面変換部24は、PANDA型光ファイバの一端を、光の伝播方向に対して垂直に切断した後、それぞれのslow軸(fast軸)が直交するように対向させコアが合致するように密着させて融着することで形成されている。   As shown in the upper part of FIG. 3, the cut surfaces of the PANDA type optical fibers 170 and 172 are arranged so that their slow axes are orthogonal to each other. The first polarization plane conversion unit 14 and the second polarization plane conversion unit 24 cut one end of the PANDA type optical fiber perpendicularly to the light propagation direction, and then each slow axis (fast axis) is orthogonal to each other. It is formed by adhering to the core so that the core matches and fusing.

(動作)
図1を参照して、第1の実施の形態の光スイッチの動作原理を説明する。この発明の光スイッチによれば、この光スイッチへの入力信号光である直線偏光の信号光が、第1偏波分離合成モジュール10の第1入出力端10-1に入力されて、信号光の偏波面が保存されて第1偏波分離合成モジュール10の第2入出力端10-2から出力される。
(Operation)
With reference to FIG. 1, the operation principle of the optical switch of the first embodiment will be described. According to the optical switch of the present invention, linearly polarized signal light that is input signal light to the optical switch is input to the first input / output terminal 10-1 of the first polarization separation / combination module 10, and the signal light Are stored and output from the second input / output terminal 10-2 of the first polarization separation / combination module 10.

このとき、第1偏波分離合成モジュール10の第1入出力端10-1に結合されている入力用光ファイバ32-2を伝播する入力信号光の電場ベクトルの振動面の方向は、紙面に平行な面に対して45°傾いている。そして、第1偏波分離合成モジュール10の偏波面選択反射面10R入射する入射光の入射面は、入力信号光の電場ベクトルの振動面の方向と平行になるように設定されていることに注意されたい。すなわち、第1偏波分離合成モジュール10の第2入出力端10-2から出力される信号光の偏波面の方向と、第1偏波面保存光ファイバ12の光学軸の方向とは合致するように設定されている。   At this time, the direction of the vibration plane of the electric field vector of the input signal light propagating through the input optical fiber 32-2 coupled to the first input / output terminal 10-1 of the first polarization separation / combination module 10 is It is inclined 45 ° with respect to the parallel plane. Note that the incident plane of incident light that enters the polarization plane selective reflection surface 10R of the first polarization separation / combination module 10 is set to be parallel to the direction of the vibration plane of the electric field vector of the input signal light. I want to be. That is, the direction of the polarization plane of the signal light output from the second input / output terminal 10-2 of the first polarization separation / combination module 10 matches the direction of the optical axis of the first polarization plane preserving optical fiber 12. Is set to

このように動作させるために、この光スイッチへの入力信号光である直線偏光の信号光を、p偏波光として第1偏波分離合成モジュール10の第1入出力端10-1に入力させる。一般に、偏波分離合成素子の偏波面選択反射面は、p成分のみを透過させs成分のみを反射させる性質を有している。そのため、p偏波光として第1偏波分離合成モジュール10の第1入出力端10-1に入力された信号光はp偏波光のままに第1偏波分離合成モジュール10の、第1入出力端10-1に対向する側に設置されている第2入出力端10-2から出力される。   In order to operate in this way, linearly polarized signal light that is input signal light to the optical switch is input to the first input / output terminal 10-1 of the first polarization separation / combination module 10 as p-polarized light. In general, the polarization plane selective reflection surface of the polarization beam splitting / combining element has a property of transmitting only the p component and reflecting only the s component. Therefore, the signal light input to the first input / output terminal 10-1 of the first polarization separation / combination module 10 as p-polarized light remains the p-polarized light, and the first input / output of the first polarization separation / combination module 10 remains unchanged. The signal is output from the second input / output terminal 10-2 installed on the side facing the terminal 10-1.

第1偏波分離合成モジュール10の第2入出力端10-2から出力された信号光は、第1偏波面保存光ファイバ12の一端から、この第1偏波面保存光ファイバ12の光学軸に偏波面が合致するように入力されて伝播し、この第1偏波面保存光ファイバ12の他端に設置された第1偏波面変換部14に到達してここを通過して、第2偏波面保存光ファイバ16の一端に入力される。   The signal light output from the second input / output terminal 10-2 of the first polarization separation / combination module 10 is sent from one end of the first polarization plane preserving optical fiber 12 to the optical axis of the first polarization plane preserving optical fiber 12. The polarization plane is input so as to match and propagates, reaches the first polarization plane conversion unit 14 installed at the other end of the first polarization plane preserving optical fiber 12, passes through it, and then passes through the second polarization plane. Input to one end of the storage optical fiber 16.

第1偏波面変換部14は、上述したように、第1偏波面保存光ファイバ12の光学軸と第2偏波面保存光ファイバ16の光学軸とが互いに45°の角度を成すように融着することによって形成されている。そのため、第1偏波面変換部14を通過した信号光は、第2偏波面保存光ファイバ16の光学軸に対して平行な電場ベクトル成分(TM成分)と垂直な電場ベクトル成分(TE成分)とを有する偏光状態で、第2偏波面保存光ファイバ16を伝播して、第2偏波分離合成モジュール18の第1入出力端18-1へ入力される。   As described above, the first polarization plane conversion unit 14 is fused so that the optical axis of the first polarization plane preserving optical fiber 12 and the optical axis of the second polarization plane preserving optical fiber 16 form an angle of 45 ° with each other. It is formed by doing. Therefore, the signal light that has passed through the first polarization plane conversion unit 14 includes an electric field vector component (TM component) parallel to the optical axis of the second polarization plane preserving optical fiber 16 and an electric field vector component (TE component) perpendicular to the optical axis. Is propagated through the second polarization-maintaining optical fiber 16 and input to the first input / output terminal 18-1 of the second polarization separation / combination module 18.

そして、第2偏波分離合成モジュール18の第1入出力端18-1を介して第2偏波分離合成モジュール18に入力された信号光は、偏波面が互いに直交する第1信号光と第2信号光とに分離され、それぞれ第2偏波分離合成モジュール18の第2入出力端18-2及び第3入出力端18-3から出力される。   The signal light input to the second polarization separation / combination module 18 via the first input / output terminal 18-1 of the second polarization separation / combination module 18 is the same as the first signal light whose polarization planes are orthogonal to each other. The signals are separated into two signal lights and output from the second input / output terminal 18-2 and the third input / output terminal 18-3 of the second polarization separation / combination module 18, respectively.

図4(A)から(C)を参照して、第1偏波面保存光ファイバ12の他端と第2偏波面保存光ファイバ16の一端とを、接続している第1偏波面変換部14の機能を説明する。図4(A)から(C)において、第1偏波面変換部14が設置されている点Aを挟んで、紙面に向かって左側が第1偏波面保存光ファイバ12によって構成される経路L1、右側が第2偏波面保存光ファイバ16によって構成される経路L2に対応させてある。 Referring to FIGS. 4A to 4C, the first polarization plane converter 14 connecting the other end of the first polarization-maintaining optical fiber 12 and one end of the second polarization-maintaining optical fiber 16 is connected. The function of will be described. 4 (A) to 4 (C), a path L 1 constituted by the first polarization-preserving optical fiber 12 on the left side of the drawing with respect to the point A where the first polarization plane conversion unit 14 is installed. The right side corresponds to the path L 2 constituted by the second polarization-maintaining optical fiber 16.

図4(A)から(C)の左側及び右側に描かれている円形の図は、それぞれ、第1偏波面変換部14及び第2偏波面保存光ファイバ16の光軸に垂直な平面で切断した概略的な断面図である。それぞれの断面図において、中心部の黒丸はコアを、影が付けられて2つ並んで描かれている円形部は応力付与部を示している。また、それぞれの断面図において黒い太線の矢印、及び白抜きの矢印は、それぞれ、第1偏波面保存光ファイバ12及び第2偏波面保存光ファイバ16を伝播する信号光の偏波成分振動方向の向きとその強度とを示すベクトル表示である。   The circular diagrams depicted on the left and right sides of FIGS. 4 (A) to 4 (C) are cut along a plane perpendicular to the optical axis of the first polarization plane converter 14 and the second polarization plane preserving optical fiber 16, respectively. FIG. In each of the cross-sectional views, the black circle at the center indicates the core, and the two circular portions drawn side by side with shadow are the stress applying portions. Further, in each of the cross-sectional views, the black thick arrow and the white arrow indicate the polarization component oscillation direction of the signal light propagating through the first polarization plane preserving optical fiber 12 and the second polarization plane preserving optical fiber 16, respectively. It is a vector display which shows direction and its intensity | strength.

上述のように、第1偏波面保存光ファイバ12の光学軸は紙面と45°の角度をなして配置され、第1偏波分離合成モジュール10の偏波面選択反射面10Rに対する信号光の入射面とは、平行になるように設定されている。したがって、第1偏波面保存光ファイバ12(経路L1)を第1偏波面変換部14に向かって伝播する信号光の偏波面を示すベクトル表示は、図に示すように光学軸に平行な方向を向いている。点Aで示す位置に設置されている第1偏波面変換部14では、既に説明したように、第2偏波面保存光ファイバ16の光学軸と45°の角度をなすように融着されているので、第1偏波面変換部14を通過した信号光の偏波面は、図4(A)の右側の図面に示されているように、slow軸とfast軸のそれぞれの方向に対する偏波成分をもって、第2偏波面保存光ファイバ16を伝播する。 As described above, the optical axis of the first polarization-maintaining optical fiber 12 is disposed at an angle of 45 ° with the paper surface, and the incident surface of the signal light with respect to the polarization plane selective reflection surface 10R of the first polarization separation / combination module 10 Is set to be parallel. Therefore, the vector display indicating the polarization plane of the signal light propagating through the first polarization plane preserving optical fiber 12 (path L 1 ) toward the first polarization plane converter 14 is a direction parallel to the optical axis as shown in the figure. Facing. As described above, the first polarization plane conversion unit 14 installed at the position indicated by the point A is fused so as to form an angle of 45 ° with the optical axis of the second polarization plane preserving optical fiber 16. Therefore, the polarization plane of the signal light that has passed through the first polarization plane converter 14 has polarization components in the slow axis and fast axis directions, as shown in the drawing on the right side of FIG. Propagates through the second polarization-maintaining optical fiber 16.

この図1において、第2偏波面保存光ファイバ16のslow軸は紙面に平行な方向に設定されているものとして描いてある。また、第2偏波面保存光ファイバ16のfast軸は紙面に垂直な方向に設定されているものとして描いてある。したがって、第2偏波面保存光ファイバ16を伝播する信号光のslow軸に平行な電場ベクトル成分はTM偏波であり、信号光のfast軸に平行な電場ベクトル成分はTE偏波である。   In FIG. 1, the slow axis of the second polarization-maintaining optical fiber 16 is depicted as being set in a direction parallel to the paper surface. Further, the fast axis of the second polarization-maintaining optical fiber 16 is drawn as being set in a direction perpendicular to the paper surface. Therefore, the electric field vector component parallel to the slow axis of the signal light propagating through the second polarization plane preserving optical fiber 16 is TM polarization, and the electric field vector component parallel to the fast axis of the signal light is TE polarization.

第1信号光は、第2偏波分離合成モジュール18の第2入出力端18-2から出力されて、第3偏波面保存光ファイバ22(経路L3)と第4偏波面保存光ファイバ26(経路L4)とで構成される光ファイバループを時計回り(CW方向ということもある。)に伝播する。すなわち、第3偏波面保存光ファイバ22の一端から入力されて第3偏波面保存光ファイバ22を伝播して、第3偏波面保存光ファイバ22の他端に設けられている第2偏波面変換部24を通過し第4偏波面保存光ファイバ26に入力される。 The first signal light is output from the second input / output terminal 18-2 of the second polarization separation / combination module 18, and the third polarization-maintaining optical fiber 22 (path L 3 ) and the fourth polarization-maintaining optical fiber 26 are output. It propagates clockwise (sometimes referred to as the CW direction) through an optical fiber loop composed of (path L 4 ). That is, the second polarization plane conversion provided at the other end of the third polarization-maintaining optical fiber 22 is input from one end of the third polarization-maintaining optical fiber 22 and propagates through the third polarization-maintaining optical fiber 22. The signal passes through the unit 24 and is input to the fourth polarization-maintaining optical fiber 26.

第2偏波面変換部24は、例えば、第3偏波面保存光ファイバ22の光学軸と第4偏波面保存光ファイバ26の光学軸とが互いに90°回転されて融着されることによって形成されている。そのため第3偏波面保存光ファイバ22を伝播した第1信号光の偏波面は90°回転されて第4偏波面保存光ファイバ26に入力される。第4偏波面保存光ファイバ26を伝播した第1信号光は、第2偏波分離合成モジュール18の第3入出力端18-3へ入力される。   The second polarization plane conversion unit 24 is formed by, for example, rotating the optical axis of the third polarization plane preserving optical fiber 22 and the optical axis of the fourth polarization plane preserving optical fiber 26 by being rotated by 90 ° with respect to each other. ing. Therefore, the polarization plane of the first signal light propagated through the third polarization-maintaining optical fiber 22 is rotated by 90 ° and input to the fourth polarization-maintaining optical fiber 26. The first signal light propagated through the fourth polarization-maintaining optical fiber 26 is input to the third input / output terminal 18-3 of the second polarization separation / combination module 18.

一方、第2信号光は、第2偏波分離合成モジュール18の第3入出力端18-3から出力されて、第4偏波面保存光ファイバ26(経路L4)と第3偏波面保存光ファイバ22(経路L3)とで構成される光ファイバループを反時計回り(CCW方向ということもある。)に伝播する。すなわち、第4偏波面保存光ファイバ26の一端から入力されて第4偏波面保存光ファイバ26を伝播して、第4偏波面保存光ファイバ26の他端に設けられている第2偏波面変換部24を通過し第3偏波面保存光ファイバ22に入力される。第2偏波面変換部24において、第1信号光の場合と同様に、第4偏波面保存光ファイバ26を伝播した第2信号光の偏波面は90°回転されて第3偏波面保存光ファイバ22に入力される。第3偏波面保存光ファイバ22を伝播した第2信号光は、第2偏波分離合成モジュール18の第2入出力端18-2へ入力される。 On the other hand, the second signal light is output from the third input / output terminal 18-3 of the second polarization separation / combination module 18, and the fourth polarization plane preserving optical fiber 26 (path L 4 ) and the third polarization plane preserving light are output. It propagates counterclockwise (sometimes referred to as CCW direction) through an optical fiber loop composed of the fiber 22 (path L 3 ). That is, the second polarization plane conversion provided at the other end of the fourth polarization plane preserving optical fiber 26 is input from one end of the fourth polarization plane preserving optical fiber 26 and propagates through the fourth polarization plane preserving optical fiber 26. The signal passes through the unit 24 and is input to the third polarization-maintaining optical fiber 22. As in the case of the first signal light, the polarization plane of the second signal light propagated through the fourth polarization plane preserving optical fiber 26 is rotated by 90 ° in the second polarization plane conversion unit 24 and the third polarization plane preserving optical fiber is rotated. Entered in 22. The second signal light propagated through the third polarization-maintaining optical fiber 22 is input to the second input / output terminal 18-2 of the second polarization separation / combination module 18.

ここで、第2偏波分離合成モジュール18の第2入出力端18-2へ入力される第2信号光の偏波面の方向と、第2偏波分離合成モジュール18の第1入出力端18-1を介して第2偏波分離合成モジュール18に入力された信号光のうち、第2偏波分離合成モジュール18の第2入出力端18-2に出力された第1信号光の偏波面の方向とは一致する。また、第2偏波分離合成モジュール18の第3入出力端18-3へ入力される第1信号光の偏波面の方向と、第2偏波分離合成モジュール18の第1入出力端18-1を介して第2偏波分離合成モジュール18に入力された信号光のうち、第2偏波分離合成モジュール18の第3入出力端18-3に出力された第2信号光の偏波面の方向とは一致する。   Here, the direction of the polarization plane of the second signal light input to the second input / output end 18-2 of the second polarization separation / combination module 18 and the first input / output end 18 of the second polarization separation / combination module 18 Of the first signal light output to the second input / output terminal 18-2 of the second polarization separation / combination module 18 out of the signal light input to the second polarization separation / combination module 18 via -1 The direction is the same. Further, the direction of the polarization plane of the first signal light input to the third input / output terminal 18-3 of the second polarization separation / combination module 18 and the first input / output terminal 18- of the second polarization separation / combination module 18 Of the signal light input to the second polarization separation / combination module 18 via 1, the polarization plane of the second signal light output to the third input / output terminal 18-3 of the second polarization separation / combination module 18 The direction matches.

そこで、第2偏波分離合成モジュール18で合波される上述の第2信号光および第1信号光は合波された後に、第2偏波分離合成モジュール18に向けて信号光が入力されてきたときと全く同一の偏光状態で、信号光が入力されてきたときとは逆の方向である第2偏波面保存光ファイバ16から第1偏波面保存光ファイバ12の方向に向かって伝播して、第1偏波分離合成モジュール10の第2入出力端10-2から入力されて、この第2入出力端10-2と対向する側の第1入出力端10-1から出力される。   Therefore, after the second signal light and the first signal light combined in the second polarization separation / combination module 18 are combined, the signal light is input to the second polarization separation / combination module 18. And propagates from the second polarization-maintaining optical fiber 16 toward the first polarization-maintaining optical fiber 12, which is in the same polarization state as when the signal light is input. The signal is input from the second input / output terminal 10-2 of the first polarization separation / combination module 10 and output from the first input / output terminal 10-1 on the side opposite to the second input / output terminal 10-2.

すなわち、第1偏波分離合成モジュール10の第1入出力端10-1に入力された直線偏光(偏波面の方向は紙面と45°の角度をなす。)の信号光は、上述のように、第1偏波分離合成モジュール10の第1入出力端10-1から入力されたときと同一の偏光状態で出力される。言い換えると、この光スイッチに入力された信号光は反射されて、第1偏波分離合成モジュール10の第1入出力端10-1から出力されたものとみなせるので、以後このように、第1偏波分離合成モジュール10の第1入出力端10-1から出力される信号光を、ループ反射光ということもある。   That is, the signal light of linearly polarized light (the direction of the polarization plane forms an angle of 45 ° with the paper surface) input to the first input / output terminal 10-1 of the first polarization separation / combination module 10 is as described above. The first polarization separation / combination module 10 outputs the same polarization state as that inputted from the first input / output terminal 10-1. In other words, since the signal light input to this optical switch is reflected and can be regarded as being output from the first input / output terminal 10-1 of the first polarization splitting / combining module 10, it is referred to as the first in this way. The signal light output from the first input / output terminal 10-1 of the polarization splitting / combining module 10 may be referred to as loop reflected light.

次に、第3偏波面保存光ファイバ22が具えている光カプラ20から制御光が入力される場合を考える。この場合は、第3偏波面保存光ファイバ22を伝播する第1信号光の位相速度が変化する。第3偏波面保存光ファイバ22(経路L3)の長さ(=l3)を制御光の強度に応じて調整し、第1信号光が、第3偏波面保存光ファイバ22を伝播する際に制御光が存在する場合としない場合とを比較して、上述の式(1)で与えられるその位相差φを丁度πに等しく設定することができる。 Next, consider a case where control light is input from the optical coupler 20 provided with the third polarization-maintaining optical fiber 22. In this case, the phase velocity of the first signal light propagating through the third polarization-maintaining optical fiber 22 changes. When the length (= l 3 ) of the third polarization-maintaining optical fiber 22 (path L 3 ) is adjusted according to the intensity of the control light, and the first signal light propagates through the third polarization-maintaining optical fiber 22 The phase difference φ given by the above equation (1) can be set exactly equal to π by comparing the case where the control light is present with and without the control light.

非線形光学定数γ(W-1km-1)及び制御光のパワーP(W)は、この光スイッチが利用される光通信システムの基本的な構成によって決定されているので、光ファイバループを構成している光ファイバの長さ、すなわち、第3偏波面保存光ファイバ22(経路L3)の長さ(=l3)であるL(km)を調整することで、式(1)から明らかなように、式(1)で与えられるその位相差φを丁度πに等しく設定することができる。 Since the nonlinear optical constant γ (W -1 km -1 ) and control light power P (W) are determined by the basic configuration of the optical communication system in which this optical switch is used, an optical fiber loop is formed. By adjusting the length of the optical fiber, that is, L (km) which is the length (= l 3 ) of the third polarization-maintaining optical fiber 22 (path L 3 ), it is clear from the equation (1) As can be seen, the phase difference φ given by equation (1) can be set exactly equal to π.

第2偏波分離合成モジュール18において、第2信号光および第1信号光が合波された後は、第2偏波面保存光ファイバ16から第1偏波面保存光ファイバ12の方向に向かって伝播する。そして、第1偏波面変換部14を通過すると、入力信号光の偏波面の方向とは直交する偏波面を有する出力信号光として、第1偏波面保存光ファイバ12を伝播する。ここで、入力信号光とは、第1偏波面保存光ファイバ12から第1偏波面変換部14を通過して、第2偏波面保存光ファイバ16に向けて伝播する信号光を指すものとする。また出力信号光とは、第2偏波面保存光ファイバ16から第1偏波面変換部14を通過して、第1偏波面保存光ファイバ12に向けて伝播する信号光を指すものとする。   In the second polarization separation / combination module 18, after the second signal light and the first signal light are combined, they propagate from the second polarization-maintaining optical fiber 16 toward the first polarization-maintaining optical fiber 12. To do. Then, after passing through the first polarization plane converter 14, the first polarization plane preserving optical fiber 12 is propagated as output signal light having a polarization plane orthogonal to the direction of the polarization plane of the input signal light. Here, the input signal light refers to signal light that propagates from the first polarization plane-maintaining optical fiber 12 through the first polarization plane conversion unit 14 and propagates toward the second polarization plane-maintaining optical fiber 16. . The output signal light refers to signal light that propagates from the second polarization-maintaining optical fiber 16 through the first polarization-plane converting unit 14 and propagates toward the first polarization-maintaining optical fiber 12.

そのため、この出力信号光は、第1偏波分離合成モジュール10の第2入出力端10-2から入力されて、第3入出力端10-3から出力される。以後このように、第1偏波分離合成モジュール10の第3入出力端10-3から出力される信号光を、ループ透過光ということもある。   Therefore, this output signal light is input from the second input / output terminal 10-2 of the first polarization splitting / combining module 10 and output from the third input / output terminal 10-3. Hereinafter, the signal light output from the third input / output terminal 10-3 of the first polarization separation / combination module 10 may be referred to as loop transmitted light.

ここで、第1乃至第4の偏波面保存光ファイバであるPANDA型光ファイバのslow軸の実効屈折率をns、fast軸の実効屈折率をnfとし、slow軸の方向がTM偏波の偏波面と合致し、fast軸の方向がTE偏波の偏波面と合致するものとして説明する。 Here, the effective refractive index of the slow axis of the first to fourth polarization-maintaining optical fibers PANDA type optical fiber is n s , the effective refractive index of the fast axis is n f, and the direction of the slow axis is TM polarized It is assumed that the fast axis direction matches the polarization plane of the TE polarization.

まず、点Aに設置された第1偏波面変換部14を出発して、第2偏波面保存光ファイバ16をTM偏波成分として伝播して、第2偏波分離合成モジュール18の第1入出力端18-1に入力された信号光成分の伝播経路を考える。この信号光成分は、第1信号光として、第2偏波面保存光ファイバ16をTM偏波成分として伝播して、第2偏波分離合成モジュール18の第1入出力端18-1にp偏波光として入力され、第2入出力端18-2から出力されて第3偏波面保存光ファイバ22をTM偏波成分として伝播する。そして、第2偏波面変換部24を通過することにより、TE成分として第4偏波面保存光ファイバ26を伝播して、第2偏波分離合成モジュール18の第3入出力端18-3にs偏波光として入力され第1入出力端18-1から出力されて、第2偏波面保存光ファイバ16をTE偏波成分として伝播して、点Aに設置された第1偏波面変換部14に戻る。   First, starting from the first polarization plane converter 14 installed at the point A, the second polarization plane preserving optical fiber 16 is propagated as a TM polarization component, and the first input of the second polarization separation / combination module 18 is transmitted. Consider the propagation path of the signal light component input to the output terminal 18-1. This signal light component propagates through the second polarization-maintaining optical fiber 16 as the TM polarization component as the first signal light, and is p-polarized at the first input / output terminal 18-1 of the second polarization separation / combination module 18. It is input as wave light, is output from the second input / output terminal 18-2, and propagates through the third polarization-maintaining optical fiber 22 as TM polarization component. Then, by passing through the second polarization plane conversion unit 24, it propagates through the fourth polarization plane preserving optical fiber 26 as a TE component, and is transmitted to the third input / output end 18-3 of the second polarization separation / combination module 18 It is input as polarized light, output from the first input / output terminal 18-1, propagates through the second polarization-maintaining optical fiber 16 as a TE polarization component, and enters the first polarization plane converter 14 installed at the point A. Return.

第2偏波面保存光ファイバ16をTM偏波成分として伝播して、第2偏波分離合成モジュール18の第1入出力端18-1に入力された信号光成分の伝播経路の光路長は、この信号光成分が伝播する経路順に加算して、次式(2)で与えられる。
nsl2+nsl3+nfl4+nfl2 (2)
ここで、l2、l3、l4はそれぞれ経路L2、L3、L4の長さである。
Propagating the second polarization plane preserving optical fiber 16 as a TM polarization component, the optical path length of the propagation path of the signal light component input to the first input / output end 18-1 of the second polarization separation / combination module 18 is The signal light components are added in the order of propagation paths and given by the following equation (2).
n s l 2 + n s l 3 + n f l 4 + n f l 2 (2)
Here, l 2 , l 3 , and l 4 are the lengths of the paths L 2 , L 3 , and L 4 , respectively.

すなわち、第2偏波面保存光ファイバ16で形成される経路L2はTM偏波として伝播するので光路長は、nsl2であり、第3偏波面保存光ファイバ22で形成される経路L3もTM偏波として伝播するので光路長は、nsl3である。また、第2偏波面変換部24を通過することにより、TE成分として第4偏波面保存光ファイバ26で形成される経路L4を伝播するので光路長は、nfl4である。また、第2偏波面保存光ファイバ16で形成される経路L2をTE偏波成分として伝播するので光路長は、nfl2である。すなわち、合計の光路長は、上式(2)で与えられる。 That is, since the path L 2 formed by the second polarization-maintaining optical fiber 16 propagates as TM polarization, the optical path length is n s l 2 and the path L formed by the third polarization-maintaining optical fiber 22 Since 3 also propagates as TM polarization, the optical path length is n s l 3 . Further, by passing through the second polarization plane conversion portion 24, the optical path length because the propagation path L 4 formed by the fourth polarization maintaining optical fiber 26 as TE component is n f l 4. Further, since the path L 2 formed by the second polarization-maintaining optical fiber 16 propagates as the TE polarization component, the optical path length is n f l 2 . That is, the total optical path length is given by the above equation (2).

一方、第2偏波面保存光ファイバ16をTE偏波成分として伝播して、第2偏波分離合成モジュール18の第1入出力端18-1に入力された信号光成分の伝播経路の光路長は、この信号光成分が伝播する経路順に加算して、次式(3)で与えられる。
nfl2+nfl4+nsl3+nsl2 (3)
ここで、l2、l3、l4はそれぞれ経路L2、L3、L4の長さである。
On the other hand, the optical path length of the propagation path of the signal light component propagated through the second polarization-maintaining optical fiber 16 as the TE polarization component and input to the first input / output terminal 18-1 of the second polarization separation / combination module 18 Is added in the order of the propagation path of the signal light component, and is given by the following equation (3).
n f l 2 + n f l 4 + n s l 3 + n s l 2 (3)
Here, l 2 , l 3 , and l 4 are the lengths of the paths L 2 , L 3 , and L 4 , respectively.

すなわち、第2偏波面保存光ファイバ16で形成される経路L2はTE偏波として伝播するので光路長は、nfl2であり、第4偏波面保存光ファイバ26で形成される経路L4もTE偏波として伝播するので光路長は、nfl4である。また、第2偏波面変換部24を通過することにより、TM偏波として第3偏波面保存光ファイバ22で形成される経路L3を伝播するので光路長は、nsl3である。また、第2偏波面保存光ファイバ16で形成される経路L2をTM偏波として伝播するので光路長は、nsl2である。すなわち、合計の光路長は、上式(3)で与えられる。 That is, since the path L 2 formed by the second polarization-maintaining optical fiber 16 propagates as TE polarized light, the optical path length is n f l 2 and the path L formed by the fourth polarization-maintaining optical fiber 26 4 optical path length so propagated as TE polarization also is n f l 4. Further, since it passes through the second polarization plane conversion unit 24 and propagates through the path L 3 formed by the third polarization plane preserving optical fiber 22 as TM polarization, the optical path length is n s l 3 . Further, since the path L 2 formed by the second polarization-maintaining optical fiber 16 is propagated as TM polarization, the optical path length is n s l 2 . That is, the total optical path length is given by the above equation (3).

なお、制御光は、第1信号光と同一の経路であるCW方向に伝播する経路をたどる。   The control light follows a path that propagates in the CW direction, which is the same path as the first signal light.

上式(2)と(3)とを比較すると、式(2)の第1項、2項、3項、4項と式(3)の第4項、3項、2項、1項とは、それぞれ等しいことが分かる。すなわち、第1信号光と第2信号光とは同一の光路長を伝播していることが分かる。   Comparing the above formulas (2) and (3), the first term, the second term, the third term, the fourth term in the formula (2) and the fourth term, the third term, the second term, the first term in the formula (3) and Are equal to each other. That is, it can be seen that the first signal light and the second signal light propagate through the same optical path length.

以上説明したように、この発明の光スイッチは、第1信号光と第2信号光の経路が共通しているので、信号光の波長や光スイッチの周囲温度が変化しても、その動作特性が変化せず、安定動作が保証された光スイッチを実現することができる。   As described above, the optical switch of the present invention has the same path for the first signal light and the second signal light, so even if the wavelength of the signal light or the ambient temperature of the optical switch changes, its operating characteristics Thus, an optical switch in which stable operation is guaranteed can be realized.

点Aに設置された第1偏波面変換部14を出発して、第2偏波面保存光ファイバ16を伝播して第2偏波分離合成モジュール18の第1入出力端18-1に入力されるTM偏波成分及びTE偏波成分の信号光成分の両者は、制御光が入力されない場合には、第2偏波分離合成モジュール18において同位相で合波される。その結果、光スイッチに入力用光ファイバ32-2から入力された信号光は、ループ反射光として、入力時と同じ入力用光ファイバ32-2から出力される。   Starting from the first polarization plane converter 14 installed at the point A, it propagates through the second polarization-maintaining optical fiber 16 and is input to the first input / output terminal 18-1 of the second polarization separation / combination module 18. Both the TM polarization component and the TE polarization component signal light component are combined in phase in the second polarization separation / combination module 18 when no control light is input. As a result, the signal light input from the input optical fiber 32-2 to the optical switch is output as loop reflected light from the same input optical fiber 32-2 as that during input.

一方、光カプラ20から制御光が入力されると第3偏波面保存光ファイバ22内で光カー効果が発現し屈折率が変化する。そのため、CW方向に伝播する第1信号光とCCW方向に伝播する第2信号光とは、それぞれが経路L3乃至L4から構成される光ファイバループ内をそれぞれ伝播し、再び第2偏波分離合成モジュール18で両者が結合されたときには両者の位相がずれている。上述したように、この位相ずれ量φがπに等しくなるように、第3偏波面保存光ファイバ22の長さを調整することができる。 On the other hand, when the control light is input from the optical coupler 20, the optical Kerr effect appears in the third polarization-maintaining optical fiber 22, and the refractive index changes. Therefore, the second signal light propagating in the first signal light and the CCW direction propagating in the CW direction, each of the configured optical fiber loop from the path L 3 to L 4 propagate respectively, again the second polarization When both are combined by the separation / synthesis module 18, the phases of the two are shifted. As described above, the length of the third polarization-maintaining optical fiber 22 can be adjusted so that the phase shift amount φ is equal to π.

この発明の光スイッチの動作を、時分割多重光パルス信号をスイッチする場合を例にとり、図1を参照して具体的に説明する。図1において、光パルス信号である信号光、制御光及び光パルス信号がスイッチされた結果としての透過光及び反射光の概略的時間波形を、横軸を時間軸として示してある。光パルスの存在及び不存在に対応させて「0」あるいは「1」を対応させる2値デジタル信号を想定する。規則正しく波長λsの光パルスが並ぶ信号光を、[1 0 1 1]を表現する波長λpの光パルス列からなる制御光で制御(スイッチ)する場合を考える。   The operation of the optical switch of the present invention will be specifically described with reference to FIG. 1, taking as an example the case of switching a time division multiplexed optical pulse signal. In FIG. 1, a schematic time waveform of transmitted light and reflected light as a result of switching of signal light, which is an optical pulse signal, control light, and optical pulse signal, is shown with the horizontal axis as a time axis. Assume a binary digital signal corresponding to “0” or “1” corresponding to the presence or absence of an optical pulse. Consider a case in which signal light in which optical pulses of wavelength λs are regularly arranged is controlled (switched) with control light comprising an optical pulse train of wavelength λp representing [1 0 1 1].

信号光は入力用光ファイバ32-1に入力され、光サーキュレータ30を介して入力用光ファイバ32-2を伝播して第1偏波分離合成モジュール10の第1入出力端10-1にに入力される。信号光は上述したように、第1偏波分離合成モジュール10を透過して第1偏波面保存光ファイバ12を伝播し、その成分の一部は第3偏波面保存光ファイバ22が具える光カプラ20に達する。   The signal light is input to the input optical fiber 32-1 and propagates through the input optical fiber 32-2 via the optical circulator 30 to the first input / output terminal 10-1 of the first polarization separation / combination module 10. Entered. As described above, the signal light passes through the first polarization separation / combination module 10 and propagates through the first polarization-maintaining optical fiber 12, and a part of the component light is provided in the third polarization-maintaining optical fiber 22. Reach coupler 20.

信号光の最初の光パルスである第1光パルス(図1では、時間軸上で最も右に位置する光パルス)が光カプラ20を通過する時に丁度、制御光の最初の光パルスである第1光パルス(図1では、時間軸上で最も右に位置する光パルス)が光カプラ20から入力されたと仮定する。もちろん、制御光もTM偏波として光カプラ20を介して第1光ファイバに入力されるものとする。   The first optical pulse that is the first optical pulse of the signal light (in FIG. 1, the optical pulse that is positioned at the rightmost position on the time axis) passes through the optical coupler 20 and is exactly the first optical pulse that is the first optical pulse of the control light. It is assumed that one optical pulse (in FIG. 1, the optical pulse located on the rightmost side on the time axis) is input from the optical coupler 20. Of course, the control light is also input to the first optical fiber through the optical coupler 20 as TM polarization.

第1信号光の光パルス(波長λs)と制御光の光パルス(波長λp)とは、並走しながら、第3偏波面保存光ファイバ22及び第4偏波面保存光ファイバ26を伝播することになる。そのため、第1信号光の光パルスに対する第3偏波面保存光ファイバ22及び第4偏波面保存光ファイバ26の実効屈折率が制御光の光パルスによって発現する光カー効果により変化する。つまり、第1信号光の光パルスと制御光の光パルスとが第3偏波面保存光ファイバ22及び第4偏波面保存光ファイバ26を並走することによって、制御光の光パルスの存在に起因して、常に実効屈折率が変化している光路を第1信号光の光パルスが伝播することになる。一方第2信号光の光パルス(波長λs)は、制御光の光パルスの影響を受けることなく第1信号光の光パルスとは逆向きに第3偏波面保存光ファイバ22を伝播することになる。   The optical pulse (wavelength λs) of the first signal light and the optical pulse of control light (wavelength λp) propagate through the third polarization-maintaining optical fiber 22 and the fourth polarization-maintaining optical fiber 26 while running in parallel. become. Therefore, the effective refractive index of the third polarization plane-maintaining optical fiber 22 and the fourth polarization plane-maintaining optical fiber 26 with respect to the optical pulse of the first signal light changes due to the optical Kerr effect that is generated by the optical pulse of the control light. In other words, the optical pulse of the first signal light and the optical pulse of the control light travel along the third polarization-maintaining optical fiber 22 and the fourth polarization-maintaining optical fiber 26, thereby causing the control light optical pulse. Thus, the optical pulse of the first signal light propagates through the optical path whose effective refractive index is constantly changing. On the other hand, the optical pulse (wavelength λs) of the second signal light propagates through the third polarization-maintaining optical fiber 22 in the opposite direction to the optical pulse of the first signal light without being affected by the optical pulse of the control light. Become.

この結果上式(2)に現れる実効屈折率ns及びnfの値は、上式(3)に現れる実効屈折率ns及びnfの値とは異なることになる。すなわち、上式(2)に現れる実効屈折率の値は、ns'及びnf'となる。 As a result, the effective refractive indexes n s and n f appearing in the above equation (2) are different from the effective refractive indexes n s and n f appearing in the above equation (3). That is, the effective refractive index values appearing in the above equation (2) are n s ′ and n f ′.

そこで、経路L3(第3偏波面保存光ファイバ)及び経路L4(第4偏波面保存光ファイバ)の長さを、
(nsl2+ns'l3+nf'l4+nfl2)−(nfl2+nfl4+nsl3+nsl2)=λs/2
となるように調整すれば、第1信号光の光パルスと第2信号光の光パルスが第2偏波分離合成モジュール18において合波されるときの位相差をπとすることができる。
Therefore, the lengths of the path L 3 (third polarization-maintaining optical fiber) and the path L 4 (fourth polarization-maintaining optical fiber) are
(n s l 2 + n s 'l 3 + n f ' l 4 + n f l 2 ) − (n f l 2 + n f l 4 + n s l 3 + n s l 2 ) = λs / 2
If the adjustment is performed, the phase difference when the optical pulse of the first signal light and the optical pulse of the second signal light are combined in the second polarization separation / combination module 18 can be set to π.

厳密には、制御光と信号光の波長はそれぞれλp及びλsであるので、波長が異なる。そのため、第3偏波面保存光ファイバ22及び第4偏波面保存光ファイバ26で生じる群速度分散による制御光と信号光との間の群遅延時間差が、信号光の光パルスの時間軸上での出現の間隔、すなわち信号光の1ビット(1光パルス)が占める時間間隔よりも短いことが必要である。しかしこの条件は、制御光の波長λpと信号光の波長λsとの差異はほとんどなく、容易に満足させることができる。制御光の波長λpと信号光の波長λsとの差異は、後述するようにスイッチングされた信号光のみを光スイッチから出力させるためには、光スイッチの出力側に設定される光バンドパスフィルタ28によって、制御光が遮断でき、信号光を透過させることができる程度離れていればよい。   Strictly speaking, since the wavelengths of the control light and the signal light are λp and λs, respectively, the wavelengths are different. Therefore, the group delay time difference between the control light and the signal light due to the group velocity dispersion generated in the third polarization-maintaining optical fiber 22 and the fourth polarization-maintaining optical fiber 26 is on the time axis of the optical pulse of the signal light. It must be shorter than the interval of appearance, that is, the time interval occupied by one bit of signal light (one optical pulse). However, this condition can be easily satisfied with almost no difference between the wavelength λp of the control light and the wavelength λs of the signal light. The difference between the wavelength λp of the control light and the wavelength λs of the signal light is that, as will be described later, in order to output only the switched signal light from the optical switch, an optical bandpass filter 28 set on the output side of the optical switch. Therefore, it is sufficient that the control light can be blocked and the signal light can be transmitted.

次に、第1信号光の第1光パルスの次の第2光パルスが光カプラ20を通過する時にも丁度、制御光の次の光パルスである第2光パルスが存在するが、第1信号光の第2光パルスの次の第3光パルスが光カプラ20を通過する時には、制御光の第2光パルスの次の光パルスである第3光パルスが存在しない。この場合には、第1信号光の第3光パルスは、制御光の光パルスが存在しない状態、つまり、第1信号光の光パルスは、制御光の光パルスと並走することなく、経路L3及びL4から構成される光路を伝播することとなる。 Next, when the second optical pulse next to the first optical pulse of the first signal light passes through the optical coupler 20, there is a second optical pulse that is exactly the next optical pulse of the control light. When the third optical pulse next to the second optical pulse of the signal light passes through the optical coupler 20, there is no third optical pulse that is the optical pulse next to the second optical pulse of the control light. In this case, the third optical pulse of the first signal light is in a state where the optical pulse of the control light does not exist, that is, the optical pulse of the first signal light does not travel in parallel with the optical pulse of the control light. It propagates through the optical path composed of L 3 and L 4 .

そのため、第2偏波分離合成モジュール18において第1信号光の光パルスと第2信号光の光パルスとは同位相で合波される。従って信号光の光パルスは、後述するように、第1偏波分離合成モジュール10の第1ポート10-1にループ反射光として出力され、入力用光ファイバ32-2を伝播して光サーキュレータ30を介して、信号光が伝播してきた伝送路とは異なる反射光出力用光ファイバ36に向けて出力される。   Therefore, in the second polarization separation / combination module 18, the optical pulse of the first signal light and the optical pulse of the second signal light are combined in the same phase. Therefore, as will be described later, the optical pulse of the signal light is output as a loop reflected light to the first port 10-1 of the first polarization separation / combination module 10, and propagates through the input optical fiber 32-2 to the optical circulator 30. Then, the signal light is output toward the reflected light output optical fiber 36 different from the transmission path through which the signal light has propagated.

この結果、バンドパスフィルタ28から透過光出力用光ファイバ29に出力される透過光を構成する光パルス列は、図1に示すように、制御光を構成する光パルス列を反映させたものとなる。また、反射光は、制御光の光パルスの存在しない時間帯に、信号光の光パルスが存在する場合に限り、ループ反射光として光サーキュレータ30を介して反射光出力用光ファイバ36を伝播して外部に出力されるので、図1に示すようなパルス列となる。   As a result, the optical pulse train constituting the transmitted light output from the bandpass filter 28 to the transmitted light output optical fiber 29 reflects the optical pulse train constituting the control light as shown in FIG. In addition, the reflected light propagates through the optical fiber 36 for reflected light output via the optical circulator 30 as loop reflected light only when the signal light light pulse exists in the time zone when the control light light pulse does not exist. 1 is output to the outside, resulting in a pulse train as shown in FIG.

また、第1偏波分離合成モジュール10の第3入出力端10-3からは、波長λpの制御光も出力されるので、スイッチングされた波長λsの信号光だけを外部に取り出すには、第1偏波分離合成モジュール10の第3入出力端10-3に出力用光ファイバ27の一端を接続し、出力用光ファイバ27の他端に、透過波長の中心がλsに設定されておりかつ波長λpを遮断できる特性を有する光バンドパスフィルタ28を接続する必要がある。   Further, since the control light having the wavelength λp is also output from the third input / output terminal 10-3 of the first polarization separation / combination module 10, in order to extract only the switched signal light having the wavelength λs to the outside, 1 One end of the output optical fiber 27 is connected to the third input / output terminal 10-3 of the polarization splitting / combining module 10, and the other end of the output optical fiber 27 is set to have a transmission wavelength center of λs and It is necessary to connect an optical bandpass filter 28 having a characteristic capable of blocking the wavelength λp.

ループ反射光として第1偏波分離合成モジュール10の第1入出力端10-1に出力される第1信号光の光パルスは、光サーキュレータ30が配置されていなければ、伝送されてきた伝送路を逆に進み、送信側に返送されることになる。一般に時間多重光通信において、受信側から送信側に向けて、送信信号の一部が逆送されることは、好ましくないので、光サーキュレータ30を利用して、ループ反射光として第1偏波分離合成モジュール10の第1入出力端10-1に出力される信号光の光パルスを、信号光が伝播してきた伝送路とは異なる伝送路に向けて出力させる構成とするのが望ましい。   The optical pulse of the first signal light output to the first input / output terminal 10-1 of the first polarization splitting / combining module 10 as loop reflected light is transmitted through the transmission path unless the optical circulator 30 is arranged. The process proceeds in reverse, and is sent back to the transmitting side. In general, in time-multiplexed optical communication, it is not preferable that a part of the transmission signal is transmitted backward from the reception side to the transmission side. Therefore, the first polarization separation is performed as the loop reflected light using the optical circulator 30. It is desirable that the optical pulse of the signal light output to the first input / output terminal 10-1 of the combining module 10 is output to a transmission path different from the transmission path through which the signal light has propagated.

ここで、第2偏波分離合成モジュール18において、第2信号光および第1信号光が合波された後は、第2偏波面保存光ファイバ16から第1偏波面保存光ファイバ12の方向に向かって伝播し、第1偏波面変換部14を通過すると、入力信号光の偏波面の方向とは直交する偏波面を有する出力信号光として、第1偏波面保存光ファイバ12を伝播する理由を、図4(A)から(C)を参照して説明する。   Here, in the second polarization separation / combination module 18, after the second signal light and the first signal light are combined, the second polarization plane preserving optical fiber 16 is directed to the first polarization plane preserving optical fiber 12. The reason for propagating through the first polarization plane preserving optical fiber 12 as output signal light having a polarization plane orthogonal to the direction of the polarization plane of the input signal light is transmitted through the first polarization plane conversion unit 14 This will be described with reference to FIGS. 4 (A) to 4 (C).

まず、信号光の光パルスが、光カプラ20を通過する時刻に同期して制御光の光パルスが、光カプラ20を通して第3偏波面保存光ファイバ22に入力されない場合を検討する。この場合には、第3偏波面保存光ファイバ22を伝播する信号光は、光カー効果に基づく位相相互変調を受けない。   First, a case where the optical pulse of the control light is not input to the third polarization-maintaining optical fiber 22 through the optical coupler 20 in synchronization with the time when the optical pulse of the signal light passes through the optical coupler 20 will be considered. In this case, the signal light propagating through the third polarization-maintaining optical fiber 22 is not subjected to phase intermodulation based on the optical Kerr effect.

したがって、第1信号光と第2信号光とが第2偏波分離合成モジュール18で合波されて、第2偏波分離合成モジュール18の第1入出力端18-1から出力されて、第2偏波面保存光ファイバ16を第1偏波面変換部14に向かう信号光のTM及びTE成分は、図4(B)に示すようになる。つまり、図4(A)に示されている、第1偏波面変換部14を通過して、第2偏波面保存光ファイバ16を伝播し、第2偏波分離合成モジュール18の第1入出力端18-1に入力される場合の信号光のTM及びTE成分と同じになる。   Therefore, the first signal light and the second signal light are combined by the second polarization separation / combination module 18 and output from the first input / output terminal 18-1 of the second polarization separation / combination module 18, The TM and TE components of the signal light that travels through the two polarization-maintaining optical fibers 16 toward the first polarization plane converter 14 are as shown in FIG. 4 (B). That is, as shown in FIG. 4 (A), the first input / output of the second polarization separation / combination module 18 is transmitted through the first polarization plane converter 14 and propagated through the second polarization plane preserving optical fiber 16. This is the same as the TM and TE components of the signal light when input to the end 18-1.

一方、信号光の光パルスが、光カプラ20を通過する時刻に同期して制御光の光パルスも、光カプラ20を通して第3偏波面保存光ファイバ22に入力された場合を検討する。この場合には、第3偏波面保存光ファイバ22を伝播する信号光は、光カー効果に基づく位相相互変調を受け、第1信号光の光パルスと第2信号光の光パルスが第2偏波分離合成モジュール18において合波されるときの位相差がπとなる。   On the other hand, a case is considered in which the optical pulse of the control light is also input to the third polarization-maintaining optical fiber 22 through the optical coupler 20 in synchronization with the time when the optical pulse of the signal light passes through the optical coupler 20. In this case, the signal light propagating through the third polarization-maintaining optical fiber 22 is subjected to phase intermodulation based on the optical Kerr effect, and the optical pulse of the first signal light and the optical pulse of the second signal light are second polarized. The phase difference when combined in the wave separation / combination module 18 is π.

この場合には、第1信号光の光パルスの位相が第2信号光の光パルスの位相に比べて、位相がπ遅れて第2偏波分離合成モジュール18の偏波面選択反射面18Rに到達する。第3偏波面保存光ファイバ22(経路L3)から第4偏波面保存光ファイバ26(経路L4)を伝播して第2偏波分離合成モジュール18の第3入出力端18-3に入力される第1信号光の偏波面は、偏波面選択反射面18Rに対してs偏波成分であるので、偏波面選択反射面18Rで反射されて、第2偏波面保存光ファイバ16(経路L2)をTE偏波成分として伝播して、第1偏波面変換部14に到達する。したがって、第2偏波面保存光ファイバ16(経路L2)の、第1偏波面変換部14における信号光のTE偏波成分は、図4(C)に示すようになる。制御光の光パルスによる光カー効果に基づく位相相互変調を受け、第1信号光の光パルスの位相が第2信号光の光パルスに比べて、位相がπ遅れて第2偏波分離合成モジュール18の偏波面選択反射面18Rに到達しているので、この遅れが第2偏波面保存光ファイバ16の第1偏波面変換部14において反映され、ここにおいて、TE偏波成分が図4(A)及び(B)に示すTE偏波成分に対して180°(位相で表現するとπ)反対の方向を向くことになる。 In this case, the phase of the optical pulse of the first signal light reaches the polarization plane selective reflection surface 18R of the second polarization separation / combination module 18 with a phase delay of π compared to the phase of the optical pulse of the second signal light. To do. It propagates from the third polarization-maintaining optical fiber 22 (path L 3 ) to the fourth polarization-maintaining optical fiber 26 (path L 4 ) and inputs to the third input / output terminal 18-3 of the second polarization separation / combination module 18 Since the polarization plane of the first signal light is an s-polarization component with respect to the polarization plane selective reflection surface 18R, it is reflected by the polarization plane selection reflection surface 18R and the second polarization plane preserving optical fiber 16 (path L) 2 ) is propagated as a TE polarization component and reaches the first polarization plane converter 14. Therefore, the TE polarization component of the signal light in the first polarization plane converter 14 of the second polarization plane preserving optical fiber 16 (path L 2 ) is as shown in FIG. The second polarization splitting / synthesizing module is subjected to phase intermodulation based on the optical Kerr effect by the optical pulse of the control light, and the phase of the optical pulse of the first signal light is delayed by π compared to the optical pulse of the second signal light. Since the 18 polarization plane selective reflection surface 18R has been reached, this delay is reflected in the first polarization plane conversion unit 14 of the second polarization plane preserving optical fiber 16, where the TE polarization component is shown in FIG. ) And the TE polarization component shown in (B), the direction is 180 ° (π in terms of phase).

図4(C)に示す偏光状態の信号光が、第2偏波面保存光ファイバ16(経路L2)から第1偏波面変換部14を通過して第1偏波面保存光ファイバ12(経路L1)を伝播することになる。すなわち、第1偏波面保存光ファイバ12(経路L1)を伝播する信号光の偏波方向は、第2偏波面保存光ファイバ16(経路L2)におけるTM成分とTE成分をベクトル的に加算して決定されるので、図4(C)の左に示すように、入力信号光の偏波方向(図4(A)及び(B)に示す偏波方向)と直交する偏波面を有することになる。 The signal light in the polarization state shown in FIG. 4 (C) passes through the first polarization plane converting unit 14 from the second polarization plane preserving optical fiber 16 (path L 2 ) and passes through the first polarization plane preserving optical fiber 12 (path L). 1 ) will be propagated. In other words, the polarization direction of the signal light propagating through the first polarization-maintaining optical fiber 12 (path L 1 ) is a vector addition of the TM component and the TE component in the second polarization-maintaining optical fiber 16 (path L 2 ). Therefore, as shown on the left side of FIG. 4 (C), it has a plane of polarization orthogonal to the polarization direction of the input signal light (the polarization direction shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B)). become.

入力信号光の偏波方向は、第1偏波分離合成モジュール10の偏波選択反射面10Rに対してp偏波成分として入力されているのに対して、上述のことから、出力信号光は、その偏波面の方向が、第1偏波分離合成モジュール10の偏波選択反射面10Rに対してs偏波成分として第1偏波分離合成モジュール10の第3入出力端10-3から出力されることになる。   The polarization direction of the input signal light is input as the p-polarization component to the polarization selective reflection surface 10R of the first polarization separation / combination module 10, whereas the output signal light is The direction of the polarization plane is output from the third input / output terminal 10-3 of the first polarization separation / combination module 10 as the s polarization component with respect to the polarization selective reflection surface 10R of the first polarization separation / combination module 10 Will be.

したがって、この場合は、第1偏波分離合成モジュール10の偏波選択反射面10Rで反射されて第1偏波分離合成モジュール10の第3入出力端10-3から出力され、出力用光ファイバ27を介してバンドパスフィルタ28で信号光だけを選択されて、透過光出力用光ファイバ29から透過光として外部に出力される。   Therefore, in this case, the light is reflected by the polarization selective reflection surface 10R of the first polarization separation / combination module 10 and output from the third input / output terminal 10-3 of the first polarization separation / combination module 10, and the output optical fiber. Only the signal light is selected by the band pass filter 28 via 27, and is output to the outside as transmitted light from the transmitted light output optical fiber 29.

次に偏波クロストークについて検討する。この光スイッチにおいて、偏波クロストークが主に発生するのは、ファイバ長が最も長い第3偏波面保存光ファイバ22においてである。第1信号光に混入する偏波クロストーク成分は、第1信号光の偏波方向と直交する偏波方向を有する成分であるから、第2偏波分離合成モジュール18の第3入出力端18-3から入力された後、第4入出力端18-4から出力される。すなわち、第1信号光に混入する偏波クロストーク成分は、第2偏波分離合成モジュール18の偏波面選択反射面18Rに対してp偏波成分である。これに対して第1信号光の偏波方向は、偏波面選択反射面18Rに対してs偏波成分である。   Next, polarization crosstalk is examined. In this optical switch, the polarization crosstalk mainly occurs in the third polarization-maintaining optical fiber 22 having the longest fiber length. Since the polarization crosstalk component mixed in the first signal light is a component having a polarization direction orthogonal to the polarization direction of the first signal light, the third input / output terminal 18 of the second polarization separation / combination module 18 is used. After being input from -3, it is output from the fourth input / output terminal 18-4. That is, the polarization crosstalk component mixed into the first signal light is a p-polarization component with respect to the polarization plane selective reflection surface 18R of the second polarization separation / combination module 18. On the other hand, the polarization direction of the first signal light is an s-polarization component with respect to the polarization plane selective reflection surface 18R.

すなわち、偏波クロストーク成分を含まない第1信号光が、第3入出力端18-3から入力された後、第1入出力端18-1に出力されることとなる。そのため、第1信号光に混入する偏波クロストーク成分は、点Aに設置された第1偏波面変換部14に到達することができず、信号光と干渉することがない。すなわち、第1偏波分離合成モジュール10の第3入出力端10-3からループ透過光が出力されるときには、第1入出力端10-1から信号光の成分の一部が雑音成分として出力されることがない。   That is, the first signal light not including the polarization crosstalk component is input from the third input / output terminal 18-3 and then output to the first input / output terminal 18-1. Therefore, the polarization crosstalk component mixed in the first signal light cannot reach the first polarization plane conversion unit 14 installed at the point A and does not interfere with the signal light. That is, when loop transmitted light is output from the third input / output terminal 10-3 of the first polarization separation / combination module 10, a part of the signal light component is output as a noise component from the first input / output terminal 10-1. It will not be done.

また、第2信号光に混入する偏波クロストーク成分は、第2信号光の偏波方向(偏波面選択反射面18Rに対してp偏波成分)と直交する偏波方向(偏波面選択反射面18Rに対してs偏波成分)を有する成分であるから、これも、同様に第2偏波分離合成モジュール18の第2入出力端18-2から入力された後、第4入出力端18-4から出力される。   The polarization crosstalk component mixed in the second signal light is the polarization direction (polarization plane selective reflection) orthogonal to the polarization direction of the second signal light (p polarization component relative to the polarization plane selective reflection surface 18R). This is also a component having an s-polarization component) with respect to the surface 18R, and this is similarly input from the second input / output end 18-2 of the second polarization separation / combination module 18 and then the fourth input / output end Output from 18-4.

すなわち、偏波クロストーク成分を含まない第2信号光が、第2入出力端18-2から入力された後、第1入出力端18-1に出力されることとなる。そのため、第2信号光に混入する偏波クロストーク成分は、点Aに設置された第1偏波面変換部14に到達することができず、信号光と干渉することがない。すなわち、第1偏波分離合成モジュール10の第3入出力端10-3からループ透過光が出力されるときには、第1入出力端10-1から信号光の成分の一部が雑音成分として出力されることがない。   That is, the second signal light not including the polarization crosstalk component is input from the second input / output terminal 18-2 and then output to the first input / output terminal 18-1. For this reason, the polarization crosstalk component mixed in the second signal light cannot reach the first polarization plane conversion unit 14 installed at the point A, and does not interfere with the signal light. That is, when loop transmitted light is output from the third input / output terminal 10-3 of the first polarization separation / combination module 10, a part of the signal light component is output as a noise component from the first input / output terminal 10-1. It will not be done.

このように、この発明の光スイッチによれば、第3偏波面保存光ファイバの長さが長くても、偏波クロストーク成分はスイッチ動作に影響を与えない。すなわち、偏波クロストークの影響を受けない、安定動作が保証された光スイッチが実現する。   Thus, according to the optical switch of the present invention, the polarization crosstalk component does not affect the switch operation even when the third polarization-maintaining optical fiber is long. That is, it is possible to realize an optical switch that is not affected by polarization crosstalk and that is guaranteed to operate stably.

上述のこの発明の光スイッチに、以下に説明する光非線形制御部を加えることによって、光ファイバループに利用する光ファイバの種類及び制御光の強度が設計パラメータとして確定しているという条件下で、光カー効果を発現させる光ファイバの長さを実質的に短くすることができ、コンパクトな光スイッチを提供することが可能となる。一般に光スイッチを時間多重光通信において採用する場合、光搬送波の波長やその強度等の諸条件によって、利用できる光ファイバの素材あるいは制御光の強度は設計の前提条件としてあらかじめ確定している場合が多い。   By adding an optical nonlinear controller described below to the optical switch of the present invention described above, under the condition that the type of optical fiber used for the optical fiber loop and the intensity of the control light are determined as design parameters, The length of the optical fiber that exhibits the optical Kerr effect can be substantially shortened, and a compact optical switch can be provided. In general, when an optical switch is used in time-multiplexed optical communication, the optical fiber material that can be used or the intensity of control light may be determined in advance as a design precondition depending on various conditions such as the wavelength of the optical carrier wave and its intensity. Many.

<第2の実施の形態>
図5を参照して第2の実施の形態の光スイッチの構造と動作について説明する。
<Second Embodiment>
The structure and operation of the optical switch according to the second embodiment will be described with reference to FIG.

(構造)
この光スイッチは、第1偏波分離合成モジュール10と、第2偏波分離合成モジュール18と、第1偏波面保存光ファイバ12と、第2偏波面保存光ファイバ16と、第1偏波面変換部14と、第3偏波面保存光ファイバ22と、第6偏波面保存光ファイバ60と、第7偏波面保存光ファイバ64、第2偏波面変換部62と、光非線形制御部50とを具えている。この他、光バンドパスフィルタ28及び光サーキュレータ30を具えることが好適である。
(Construction)
This optical switch includes a first polarization separation / combination module 10, a second polarization separation / combination module 18, a first polarization plane preserving optical fiber 12, a second polarization plane preserving optical fiber 16, and a first polarization plane conversion. Unit 14, third polarization-maintaining optical fiber 22, sixth polarization-maintaining optical fiber 60, seventh polarization-maintaining optical fiber 64, second polarization-plane converting unit 62, and optical nonlinear controller 50. It is. In addition, it is preferable to include an optical bandpass filter 28 and an optical circulator 30.

第1偏波分離合成モジュール10は、信号光を入力する第1入出力端10-1と、第1偏波面保存光ファイバ12の一端を結合する第1入出力端10-1に対向する側の第2入出力端10-2と、スイッチされた信号光を出力する第3入出力端10-3とを具えている。   The first polarization separation / combination module 10 has a first input / output end 10-1 for inputting signal light and a side opposite to the first input / output end 10-1 for coupling one end of the first polarization plane preserving optical fiber 12. The second input / output terminal 10-2 and the third input / output terminal 10-3 for outputting the switched signal light.

第2偏波分離合成モジュール18は、第2偏波面保存光ファイバ16の他端を結合する第1入出力端18-1と、第1入出力端18-1に対向する側に第3偏波面保存光ファイバ22の一端を結合する第2入出力端18-2と、第7偏波面保存光ファイバ64の一端を結合する第3入出力端18-3と、第3入出力端18-3に対向する側に偏波クロストーク成分を出力する第4入出力端18-4を具えている。   The second polarization separation / combination module 18 includes a first input / output end 18-1 for coupling the other end of the second polarization plane-maintaining optical fiber 16, and a third polarization on the side facing the first input / output end 18-1. A second input / output end 18-2 for coupling one end of the wavefront-maintaining optical fiber 22, a third input / output end 18-3 for coupling one end of the seventh polarization-maintaining optical fiber 64, and a third input / output end 18- A fourth input / output terminal 18-4 for outputting a polarization crosstalk component is provided on the side facing 3.

第1偏波面保存光ファイバ12は、第1偏波分離合成モジュール10の第2入出力端10-2に一端が結合されており、第2偏波面保存光ファイバ16は、第2偏波分離合成モジュール18の第1入出力端18-1に他端が結合されており、第1偏波面保存光ファイバ12の他端と第2偏波面保存光ファイバ16の一端とは第1偏波面変換部14を介して接続されている。   The first polarization-maintaining optical fiber 12 has one end coupled to the second input / output terminal 10-2 of the first polarization separation / combination module 10, and the second polarization-maintaining optical fiber 16 has the second polarization separation The other end is coupled to the first input / output end 18-1 of the combining module 18, and the other end of the first polarization-maintaining optical fiber 12 and one end of the second polarization-maintaining optical fiber 16 are converted to the first polarization plane. They are connected via the part 14.

また、第3偏波面保存光ファイバ22は、第2偏波分離合成モジュール18の第2入出力端18-2に一端が結合され、かつ光カプラ20を具えており、第7偏波面保存光ファイバ64は、第2偏波分離合成モジュール18の第3入出力端18-3に一端が結合されており、第7偏波面保存光ファイバ64の他端と第6偏波面保存光ファイバ60の一端とは、第2偏波面変換部62を介して接続されている。   The third polarization plane preserving optical fiber 22 has one end coupled to the second input / output end 18-2 of the second polarization separation / combination module 18, and includes an optical coupler 20. One end of the fiber 64 is coupled to the third input / output end 18-3 of the second polarization separation / combination module 18, and the other end of the seventh polarization plane preserving optical fiber 64 and the sixth polarization plane preserving optical fiber 60 are connected. One end is connected via the second polarization plane converter 62.

光非線形制御部50は、第3偏波分離合成モジュール52と、第4偏波面保存光ファイバ54と、第5偏波面保存光ファイバ58と、第3偏波面変換部56とを具えて構成されている。第3偏波分離合成モジュール52の第1入出力端52-1には第3偏波面保存光ファイバ22の他端が結合されている。第1入出力端52-1に対向する側の第2入出力端52-2には第4偏波面保存光ファイバ54の一端が結合されている。第3入出力端52-3には第5偏波面保存光ファイバ58の他端が結合されている。第3入出力端52-3に対向する側の第4入出力端52-4には第6偏波面保存光ファイバ60の他端が結合されている。   The optical nonlinear controller 50 includes a third polarization separation / combination module 52, a fourth polarization plane preserving optical fiber 54, a fifth polarization plane preserving optical fiber 58, and a third polarization plane converter 56. ing. The other end of the third polarization-maintaining optical fiber 22 is coupled to the first input / output terminal 52-1 of the third polarization separation / combination module 52. One end of the fourth polarization-maintaining optical fiber 54 is coupled to the second input / output end 52-2 on the side facing the first input / output end 52-1. The other end of the fifth polarization-maintaining optical fiber 58 is coupled to the third input / output end 52-3. The other end of the sixth polarization-maintaining optical fiber 60 is coupled to the fourth input / output end 52-4 on the side facing the third input / output end 52-3.

また、第4偏波面保存光ファイバ54の他端と第5偏波面保存光ファイバ58の一端とは、図5に示す点Cの位置に設定される第3偏波面変換部56を介して接続されている。第3偏波面変換部56は、例えば、第4偏波面保存光ファイバ54の光学軸と第5偏波面保存光ファイバ58の光学軸とが互いに90°回転されて融着されることによって形成されている。   Further, the other end of the fourth polarization-maintaining optical fiber 54 and one end of the fifth polarization-maintaining optical fiber 58 are connected via a third polarization-plane conversion unit 56 set at the position of point C shown in FIG. Has been. The third polarization plane converter 56 is formed by, for example, rotating the optical axis of the fourth polarization plane preserving optical fiber 54 and the optical axis of the fifth polarization plane preserving optical fiber 58 by being rotated by 90 ° with respect to each other. ing.

図5に示す第2の実施の形態の光スイッチは、光非線形制御部50を具えている以外は、図1に示す第1の実施の形態の光スイッチと同一の構造を持ち、これら同一構造の部分の機能は、両者とも共通する。そこで、以下、この共通部分の構造及びその機能に基づく動作についてはその説明を省略し、光非線形制御部50の構造及びその機能に基づいて発現される効果について説明する。   The optical switch of the second embodiment shown in FIG. 5 has the same structure as that of the optical switch of the first embodiment shown in FIG. 1 except that the optical nonlinear controller 50 is provided. The function of this part is common to both. Therefore, the description of the operation based on the structure of the common part and the function thereof will be omitted, and the effects that are manifested based on the structure of the optical nonlinear controller 50 and the function thereof will be described below.

第3偏波分離合成モジュール52の第2入出力端52-2から第3偏波面変換部56に至る経路の長さ、すなわち第4偏波面保存光ファイバ54の長さをl4(経路L4ということもある。)、第3偏波分離合成モジュール52の第3入出力端52-3から第3偏波面変換部56に至る経路の長さ、すなわち第5偏波面保存光ファイバ58の長さをl5(経路L5ということもある。)とする。 The length of the path from the second input / output end 52-2 of the third polarization separation / combination module 52 to the third polarization plane converter 56, that is, the length of the fourth polarization plane preserving optical fiber 54 is expressed as l 4 (path L 4 )), the length of the path from the third input / output end 52-3 of the third polarization separation / combination module 52 to the third polarization plane converter 56, that is, the fifth polarization plane preserving optical fiber 58 Let the length be l 5 (also referred to as path L 5 ).

(動作)
第2の実施の形態の光スイッチによれば、第3偏波面保存光ファイバ22をCW方向に伝播した第1信号光は、光非線形制御部50の第3偏波分離合成モジュール52の第1入出力端52-1に入力され、第6偏波面保存光ファイバ60をCCW方向に伝播してきた第2信号光は、光非線形制御部50の第3偏波分離合成モジュール52の第4入出力端52-4に入力される。
(Operation)
According to the optical switch of the second embodiment, the first signal light propagated in the CW direction through the third polarization-maintaining optical fiber 22 is the first polarization separation / combination module 52 of the optical nonlinear controller 50. The second signal light that is input to the input / output terminal 52-1 and propagates in the CCW direction through the sixth polarization-maintaining optical fiber 60 is the fourth input / output of the third polarization separation / combination module 52 of the optical nonlinear controller 50. Input to end 52-4.

第1信号光は、第3偏波分離合成モジュール52の第1入出力端52-1から入力されて第1入出力端52-1と対向する側の第2入出力端52-2から出力され、第4偏波面保存光ファイバ54に入力されて第4偏波面保存光ファイバ54を伝播し、第3偏波面変換部56で偏波面が90°回転されて、第5偏波面保存光ファイバ58を伝播して第3偏波分離合成モジュール52の第3入出力端52-3に入力される。そして、第3偏波分離合成モジュール52の第2入出力端52-2から出力されて再び第4偏波面保存光ファイバ54を伝播し、第3偏波面変換部56で再び偏波面が90°回転されて、第5偏波面保存光ファイバ58を伝播して第3偏波分離合成モジュール52の第3入出力端52-3に入力される。そして、第3入出力端52-3に対向する側の第4入出力端52-4から出力されて、第6偏波面保存光ファイバを60を伝播していく。   The first signal light is input from the first input / output terminal 52-1 of the third polarization separation / combination module 52 and output from the second input / output terminal 52-2 on the side facing the first input / output terminal 52-1. Is input to the fourth polarization-maintaining optical fiber 54, propagates through the fourth polarization-maintaining optical fiber 54, and the third polarization-plane converting unit 56 rotates the polarization plane by 90 °, so that the fifth polarization-maintaining optical fiber 58 is input to the third input / output terminal 52-3 of the third polarization separation / combination module 52. Then, it is output from the second input / output terminal 52-2 of the third polarization separation / combination module 52 and propagates again through the fourth polarization plane preserving optical fiber 54, and the polarization plane is again 90 ° at the third polarization plane converter 56. Rotated, propagates through the fifth polarization-maintaining optical fiber 58, and is input to the third input / output terminal 52-3 of the third polarization separation / combination module 52. Then, the light is output from the fourth input / output end 52-4 on the side facing the third input / output end 52-3 and propagates through the sixth polarization-maintaining optical fiber 60.

一方、第2信号光は、第3偏波分離合成モジュール52の第4入出力端52-4に入力されて第4入出力端52-4に対向する側の第3入出力端52-3から出力され、第5偏波面保存光ファイバ58に入力されて第5偏波面保存光ファイバ58を伝播し、第3偏波面変換部56で偏波面が90°回転されて、第4偏波面保存光ファイバ54を伝播して第3偏波分離合成モジュール52の第2入出力端52-2に入力される。そして、第3偏波分離合成モジュール52の第3入出力端52-3から出力されて再び第5偏波面保存光ファイバ58を伝播し、第3偏波面変換部56で再び偏波面が90°回転されて第4偏波面保存光ファイバ54を伝播して、第3偏波分離合成モジュール52の第2入出力端52-2から入力されて第2入出力端52-2に対向する側の第1入出力端52-1から出力されて、第3偏波面保存光ファイバ22に入力されて第3偏波面保存光ファイバ22を伝播していく。   On the other hand, the second signal light is input to the fourth input / output end 52-4 of the third polarization separation / combination module 52 and is opposite to the fourth input / output end 52-4. Is transmitted to the fifth polarization plane-maintaining optical fiber 58 and propagates through the fifth polarization plane-maintaining optical fiber 58, and the third polarization plane conversion unit 56 rotates the plane of polarization by 90 ° to preserve the fourth polarization plane. The light propagates through the optical fiber 54 and is input to the second input / output terminal 52-2 of the third polarization separation / combination module 52. Then, it is output from the third input / output terminal 52-3 of the third polarization separation / combination module 52 and propagates again through the fifth polarization plane preserving optical fiber 58, and the polarization plane again becomes 90 ° at the third polarization plane converter 56. Rotating and propagating through the fourth polarization-maintaining optical fiber 54, input from the second input / output end 52-2 of the third polarization separation / combination module 52 and facing the second input / output end 52-2 The light is output from the first input / output terminal 52-1 and is input to the third polarization-maintaining optical fiber 22 and propagates through the third polarization-maintaining optical fiber 22.

制御光の信号光の位相変化への寄与は、光非線形制御部50においては、第4偏波面保存光ファイバ54及び第5偏波面保存光ファイバ58によってもたらされる。すなわち、信号光の位相変化は第4偏波面保存光ファイバ54及び第5偏波面保存光ファイバ58の長さが長いほど、顕著となる。   The contribution of the control light to the phase change of the signal light is brought about by the fourth polarization-maintaining optical fiber 54 and the fifth polarization-maintaining optical fiber 58 in the optical nonlinear controller 50. That is, the phase change of the signal light becomes more prominent as the lengths of the fourth polarization-maintaining optical fiber 54 and the fifth polarization-maintaining optical fiber 58 are longer.

上述したように、第1及び第2信号光は、第4偏波面保存光ファイバ54及び第5偏波面保存光ファイバ58をそれぞれ二回伝播することになる。このようなことが実現するのは、第3偏波面変換部56で偏波面が90°回転されることと、第3偏波分離合成モジュール52の偏波面選択反射面の持つ偏波面選択性に起因する。この理由は次のとおりである。   As described above, the first and second signal lights propagate through the fourth polarization plane preserving optical fiber 54 and the fifth polarization plane preserving optical fiber 58 twice, respectively. This is realized by the fact that the polarization plane is rotated by 90 ° in the third polarization plane converter 56 and the polarization plane selectivity of the polarization plane selective reflection surface of the third polarization separation / combination module 52. to cause. The reason for this is as follows.

まず、第1信号光を考える。第3偏波分離合成モジュール52の第2入出力端52-2から出力された第1信号光は、経路L4をTM偏波として伝播して第3偏波面変換部56を通過することで、TE偏波に変換されて、経路L5を伝播して第3偏波分離合成モジュール52の第3入出力端52-3に入力される。 First, consider the first signal light. First signal light output from the second output terminal 52-2 of the third polarization splitting-combining module 52, by passing through the third polarization plane conversion unit 56 propagates through the path L 4 as TM polarization , Converted to TE polarized wave, propagated through the path L 5 , and input to the third input / output terminal 52-3 of the third polarization separation / combination module 52.

TM偏波として第3偏波分離合成モジュール52に入力された場合には、第3偏波分離合成モジュール52の内部を直進し入力側とは対向する側の入出力端に出力される。一方、TE偏波として第3偏波分離合成モジュール52に入力された場合には、第3偏波分離合成モジュール52の内部に存在する偏波面選択性を有する反射面52Rで反射され、反射光の向かう側の側面の入出力端から出力される。   When TM polarization is input to the third polarization separation / combination module 52, the signal travels straight through the third polarization separation / combination module 52 and is output to the input / output terminal opposite to the input side. On the other hand, when TE polarization is input to the third polarization separation / combination module 52, the reflected light is reflected by the reflection surface 52R having polarization plane selectivity existing inside the third polarization separation / combination module 52. Is output from the input / output terminal on the side facing the.

したがって、TE偏波として第3偏波分離合成モジュール52の第3入出力端52-3に入力された第1信号光は、第3偏波分離合成モジュール52の第2入出力端52-2から出力され、経路L4をTE偏波として伝播して、第3偏波面変換部56を通過することで、TM偏波に変換されて、経路L5を伝播して再び第3偏波分離合成モジュール52の第3入出力端52-3に入力される。今度は、TM偏波として第3偏波分離合成モジュール52の第3入出力端52-3に入力されるので、第3入出力端52-3に対向する側の第4入出力端52-4から出力されて、第6偏波面保存光ファイバ60にTM偏波として入力される。 Therefore, the first signal light input to the third input / output terminal 52-3 of the third polarization separation / combination module 52 as the TE polarization is the second input / output terminal 52-2 of the third polarization separation / combination module 52. Is propagated through the path L 4 as TE polarization and passes through the third polarization plane converter 56, converted to TM polarization, propagated through the path L 5 , and again separated into the third polarization. The data is input to the third input / output terminal 52-3 of the synthesis module 52. This time, since it is input to the third input / output terminal 52-3 of the third polarization separation / combination module 52 as the TM polarization, the fourth input / output terminal 52- on the side facing the third input / output terminal 52-3 is used. 4 is input to the sixth polarization-maintaining optical fiber 60 as TM polarization.

一方、第2信号光の経路は次のようになる。第3偏波分離合成モジュール52の第3入出力端52-3から出力された第2信号光は、経路L5をTM偏波として伝播して第3偏波面変換部56を通過することで、TE偏波に変換されて、経路L4を伝播して第3偏波分離合成モジュール52の第2入出力端52-2にTE偏波として入力される。 On the other hand, the path of the second signal light is as follows. Second signal light output from the third output terminal 52-3 of the third polarization splitting-combining module 52, by passing through the third polarization plane conversion unit 56 propagates through the path L 5 as TM polarization , are converted to TE polarization is input as TE polarization to the second input terminal 52-2 of the third polarization splitting-combining module 52 propagates through the path L 4.

TE偏波として第3偏波分離合成モジュール52の第2入出力端52-2に入力された第2信号光は、第3偏波分離合成モジュール52の第3入出力端52-3から出力され、経路L5をTE偏波として伝播して、第3偏波面変換部56を通過することで、TM偏波に変換されて、経路L4を伝播して再び第3偏波分離合成モジュール52の第2入出力端52-2に入力される。今度は、TM偏波として第3偏波分離合成モジュール52の第2入出力端52-2に入力されるので、第2入出力端52-2に対向する側の第1入出力端52-1からTM偏波として出力されて、第3偏波面保存光ファイバ22に入力される。 The second signal light input as the TE polarization to the second input / output terminal 52-2 of the third polarization separation / combination module 52 is output from the third input / output terminal 52-3 of the third polarization separation / combination module 52. The path L 5 is propagated as the TE polarization and passes through the third polarization plane conversion unit 56, so that it is converted to the TM polarization, and the path L 4 is propagated to the third polarization separation / synthesis module again. 52 is input to the second input / output terminal 52-2. This time, since the TM polarization is input to the second input / output terminal 52-2 of the third polarization separation / combination module 52, the first input / output terminal 52- facing the second input / output terminal 52-2 1 is output as TM polarization and input to the third polarization plane preserving optical fiber 22.

すなわち、第1信号光も第2信号光も第3偏波分離合成モジュール52からTM偏波として、それぞれ第6偏波面保存光ファイバ60に及び第3偏波面保存光ファイバ22出力される。すなわち、光非線形制御部50を設けることによって、第1及び第2信号光は、第4及び第5偏波面保存光ファイバ54及び58を伝播する分だけ長い経路を伝播することになるが、光非線形制御部50に入出力される第1及び第2光信号の偏波面はTM偏波のままで変わらない。言い換えると、図1に示す第1の実施の形態の光スイッチの経路L3を光非線形制御部50と置き換えてあることに相当すると考えることができる。 That is, both the first signal light and the second signal light are output from the third polarization separation / combination module 52 to the sixth polarization plane preserving optical fiber 60 and the third polarization plane preserving optical fiber 22 as TM polarization, respectively. That is, by providing the optical nonlinear controller 50, the first and second signal lights propagate along a path that is long enough to propagate through the fourth and fifth polarization-maintaining optical fibers 54 and 58. The polarization planes of the first and second optical signals input / output to / from the nonlinear controller 50 remain TM polarized. In other words, it can be considered to correspond to the path L 3 of the optical switch of the first embodiment shown in FIG. 1 are replaced by optical nonlinear control unit 50.

第4及び第5偏波面保存光ファイバ54及び58のslow軸の実効屈折率をns、fast軸の実効屈折率をnfとし、slow軸の方向がTM偏波の偏波面と合致するとしたとき、第1信号光が、第3偏波分離合成モジュール52の第2入出力端52-2からTM偏波として出力されて、第3偏波分離合成モジュール52の第3入出力端52-3にTM偏波として入力されるまでの光路長は、第1信号光が伝播する経路順に加算して、次式(4)で与えられる。
nsl4+nfl5+nfl4+nsl5 (4)
ここで、l4、l5はそれぞれ経路L4、L5の長さである。
Assume that the slow axis effective refractive index of the fourth and fifth polarization-maintaining optical fibers 54 and 58 is n s , the fast axis effective refractive index is n f, and the direction of the slow axis matches the polarization plane of the TM polarization. When the first signal light is output as TM polarization from the second input / output terminal 52-2 of the third polarization separation / combination module 52, the third input / output terminal 52- The optical path length until it is input to TM as TM polarization is added in the order of the path of propagation of the first signal light, and is given by the following equation (4).
n s l 4 + n f l 5 + n f l 4 + n s l 5 (4)
Here, l 4 and l 5 are the lengths of the paths L 4 and L 5 , respectively.

すなわち、第1信号光が、第3偏波分離合成モジュール52の第2入出力端52-2から出力され、経路L4をTM偏波として伝播(光路長=nsl4)し、経路L5をTE偏波として伝播(光路長=nfl5)し、経路L4をTE偏波として伝播(光路長=nfl4)し、経路L5をTM偏波として伝播(光路長=nsl5)する合計の光路長は、nsl4+nfl5+nfl4+nsl5で与えられる。このことから、経路L4(第4偏波面保存光ファイバ54)と経路L5(第5偏波面保存光ファイバ58)をTM偏波及びTE偏波としてそれぞれ一回ずつ、合計二回伝播していることが分かる。 That is, the first signal light is output from the second output terminal 52-2 of the third polarization splitting-combining module 52, the propagation path L 4 as TM polarization was (optical path length = n s l 4), the path L 5 propagates as TE polarization (optical path length = n f l 5 ), path L 4 propagates as TE polarization (optical path length = n f l 4 ), and path L 5 propagates as TM polarization (optical path) Length = n s l 5 ) The total optical path length is given by n s l 4 + n f l 5 + n f l 4 + n s l 5 . Therefore, the path L 4 (fourth polarization-maintaining optical fiber 54) and the path L 5 (fifth polarization-maintaining optical fiber 58) are propagated twice as a TM polarization and a TE polarization, respectively, twice in total. I understand that

第2信号光についても、第1信号光と同様に考えることができ、第2信号光が、第3偏波分離合成モジュール52の第3入出力端52-3からTM偏波として出力されて、第3偏波分離合成モジュール52の第2入出力端52-2にTM偏波として入力されるまでの光路長は、同様に、第2信号光の伝播する経路順に加算して、次式(5)で与えられる。
nsl5+nfl4+nfl5+nsl4 (5)
なお、制御光は、第1信号光と同一の経路を第1信号光と同一の方向に伝播する経路をたどる。
The second signal light can also be considered in the same way as the first signal light, and the second signal light is output as the TM polarization from the third input / output terminal 52-3 of the third polarization separation / combination module 52. The optical path length until it is input as the TM polarization to the second input / output terminal 52-2 of the third polarization separation / combination module 52 is similarly added in the order of the propagation path of the second signal light. Given in (5).
n s l 5 + n f l 4 + n f l 5 + n s l 4 (5)
The control light follows the same path as the first signal light and propagates in the same direction as the first signal light.

上式(4)と(5)とを比較すると、式(4)の第1項、2項、3項、4項と式(5)の第4項、3項、2項、1項とは、それぞれ等しいことが分かる。すなわち、第1信号光と第2信号光とは同一の光路長を伝播していることが分かる。   Comparing the above formulas (4) and (5), the first term, the second term, the third term, the fourth term in the formula (4) and the fourth term, the third term, the second term, the first term in the formula (5) and Are equal to each other. That is, it can be seen that the first signal light and the second signal light propagate through the same optical path length.

すなわち、制御光が入力されない場合には、第1信号光と第2信号光とは、第3偏波分離合成モジュール52において同位相で合波される。制御光が入力されると光ファイバループ内で光カー効果が発現し屈折率が変化する。そのため、第1信号光と第2信号光とは、それぞれが経路L4及びL5から構成される光ファイバループ内をそれぞれ時計回り及び反時計回りに伝播し、再び第3偏波分離合成モジュール52で両者が結合されたときには両者の位相がずれている。 That is, when the control light is not input, the first signal light and the second signal light are combined in the third polarization separation / combination module 52 in the same phase. When the control light is input, the optical Kerr effect appears in the optical fiber loop and the refractive index changes. Therefore, the first signal light and the second signal light propagate respectively clockwise and counterclockwise in the optical fiber loop constituted by the paths L 4 and L 5 , respectively, and again the third polarization separation / synthesis module When they are combined at 52, the phases of both are out of phase.

この位相ずれ量φがπに等しくなるように、制御光の強度を調整するか、あるいは第4及び第5偏波面保存光ファイバ54及び58の長さを調整すれば、上述のような光スイッチが実現する。位相ずれ量φは上述の式(1)で与えられるように、経路L4及びL5から構成される光ファイバループの合計の長さに比例する。すなわち、この発明の光スイッチは、経路L4と経路L5をTM偏波及びTE偏波としてそれぞれ一回ずつ、合計二回伝播する構成とされているので、実質的に経路L4と経路L5の長さ分だけ、光カー効果が発現する経路を長く取られていることに等しい。 If the intensity of the control light is adjusted so that the phase shift amount φ is equal to π, or the lengths of the fourth and fifth polarization-maintaining optical fibers 54 and 58 are adjusted, the optical switch as described above Is realized. The phase shift amount φ is proportional to the total length of the optical fiber loop composed of the paths L 4 and L 5 as given by the above equation (1). That is, the optical switch of the present invention, the path L 4 and the path L 5 each one by one as the TM polarization and TE polarization, since it is configured to propagate a total twice a substantially path L 4 pathway length fraction only of the L 5, equivalent to the optical Kerr effect are taken long path expressed.

ここでは、経路L4と経路L5の長さを他の経路L1、L2、L3、L6及びL7に比べてはるかに長く設定されているものとして説明した。すなわち、光カー効果に基づく位相ずれ量φの発現に主に寄与しているのは経路L4と経路L5を構成する偏波面保存光ファイバであるものとして説明したが、これに限られることはない。式(1)によれば、位相ずれ量φは、光ファイバループを構成している光ファイバの長さと制御光の強度との積に比例するので、この発明の光スイッチによれば、従来の光スイッチに比べて、光カー効果に基づく位相ずれ量φの発現に主に寄与する経路L4と経路L5で構成する偏波面保存光ファイバに相当する偏波面保存光ファイバの長さは半分で済むことになる。 Here, the lengths of the path L 4 and the path L 5 are described as being set to be much longer than those of the other paths L 1 , L 2 , L 3 , L 6 and L 7 . In other words, it has been explained that the polarization plane preserving optical fiber constituting the path L 4 and the path L 5 contributes mainly to the expression of the phase shift amount φ based on the optical Kerr effect, but it is limited to this. There is no. According to the equation (1), the phase shift amount φ is proportional to the product of the length of the optical fiber constituting the optical fiber loop and the intensity of the control light. Therefore, according to the optical switch of the present invention, Compared with the optical switch, the length of the polarization-maintaining optical fiber corresponding to the polarization-maintaining optical fiber constituted by the path L 4 and the path L 5 that mainly contribute to the expression of the phase shift amount φ based on the optical Kerr effect is half. Will be enough.

すなわち、経路L4と経路L5で構成する偏波面保存光ファイバの長さを短くできることは、光スイッチのコンパクト化に有効である。また、経路L4と経路L5で構成する偏波面保存光ファイバの長さを短くできることにより、周囲温度等の影響を受けにくくなるため、光スイッチの動作状態の安定化にも有効である。 That is, the ability to shorten the length of the polarization-maintaining optical fiber formed by the path L 4 and the path L 5 is effective for making the optical switch compact. In addition, since the length of the polarization-maintaining optical fiber formed by the path L 4 and the path L 5 can be shortened, it is less affected by the ambient temperature and the like, which is effective for stabilizing the operation state of the optical switch.

<第3の実施の形態>
図6を参照して第3の実施の形態の光スイッチの構造と動作について説明する。
<Third embodiment>
The structure and operation of the optical switch of the third embodiment will be described with reference to FIG.

(構造)
この光スイッチは、第1偏波分離合成モジュール10と、第2偏波分離合成モジュール18と、第1偏波面保存光ファイバ12と、第2偏波面保存光ファイバ16と、第1偏波面変換部14と、第3偏波面保存光ファイバ22と、第7偏波面保存光ファイバ82と、光非線形制御部70とを具えている。この他、光バンドパスフィルタ28及び光サーキュレータ30を具えることが好適である。以後の説明において、上述の第2の実施の形態の光スイッチと共通する箇所に関する説明は省略する。
(Construction)
This optical switch includes a first polarization separation / combination module 10, a second polarization separation / combination module 18, a first polarization plane preserving optical fiber 12, a second polarization plane preserving optical fiber 16, and a first polarization plane conversion. Unit 14, a third polarization-maintaining optical fiber 22, a seventh polarization-maintaining optical fiber 82, and an optical nonlinear controller 70. In addition, it is preferable to include an optical bandpass filter 28 and an optical circulator 30. In the following description, the description of the parts common to the optical switch of the second embodiment is omitted.

光非線形制御部70は、第3偏波面保存光ファイバ22と第7偏波面保存光ファイバ82とが結合されており、第1入出力端72-1、第2入出力端72-2及び第3入出力端72-3を具える第3偏波分離合成モジュール72と、第1入出力端80-1、第2入出力端80-2及び第3入出力端80-3を具える第4偏波分離合成モジュール80と、第4乃至6偏波面保存光ファイバ84、74、78とを具えている。また、第2偏波面変換部76を具えている。   In the optical nonlinear controller 70, the third polarization-maintaining optical fiber 22 and the seventh polarization-maintaining optical fiber 82 are coupled, and the first input / output end 72-1, the second input / output end 72-2, A third polarization separation / combination module 72 having three input / output ends 72-3, a first input / output end 80-1, a second input / output end 80-2, and a third input / output end 80-3 A four-polarization separation / combination module 80 and fourth to sixth polarization-maintaining optical fibers 84, 74, and 78 are provided. A second polarization plane converter 76 is provided.

第4偏波面保存光ファイバ84は、第3偏波分離合成モジュール72の第1入出力端72-1に対向する側の第2入出力端72-2にその一端が結合され、第4偏波分離合成モジュール80の第1入出力端80-1に対向する側の第2入出力端80-2にその他端が結合されている。第5偏波面保存光ファイバ74は、その一端に偏波面を90°回転させる第2偏波面変換部76を具え、第4偏波分離合成モジュール80の第1入出力端80-1にその他端が結合されている。第6偏波面保存光ファイバ78は、その一端に偏波面を90°回転させる第2偏波面変換部76を具え、第3偏波分離合成モジュール72の第3入出力端72-3にその他端が結合されている。   The fourth polarization plane preserving optical fiber 84 has one end coupled to the second input / output end 72-2 of the third polarization separation / combination module 72 opposite to the first input / output end 72-1, so that the fourth polarization The other end of the wave separation / synthesis module 80 is coupled to the second input / output end 80-2 facing the first input / output end 80-1. The fifth polarization-preserving optical fiber 74 has a second polarization plane converter 76 that rotates the polarization plane by 90 ° at one end, and the other end is connected to the first input / output end 80-1 of the fourth polarization separation / combination module 80. Are combined. The sixth polarization plane preserving optical fiber 78 has a second polarization plane conversion unit 76 that rotates the plane of polarization by 90 ° at one end, and the other end is connected to the third input / output end 72-3 of the third polarization separation / combination module 72. Are combined.

そして、第3偏波分離合成モジュール72の第1入出力端72-1には第3偏波面保存光ファイバ22の他端が結合されており、第4偏波分離合成モジュール80の第3入出力端80-3には第7偏波面保存光ファイバ82の他端が結合されている。   The other end of the third polarization-maintaining optical fiber 22 is coupled to the first input / output terminal 72-1 of the third polarization separation / combination module 72, and the third input of the fourth polarization separation / combination module 80 is connected. The other end of the seventh polarization-maintaining optical fiber 82 is coupled to the output end 80-3.

第3及び第4偏波分離合成モジュール72及び80の偏波面選択反射面の反射及び透過についての性質は、上述した第2の実施の形態等において用いられた偏波分離合成モジュールの偏波面選択反射面と同一であるので、その詳細な説明は省略する。   The characteristics of the reflection and transmission of the polarization plane selective reflection surfaces of the third and fourth polarization separation / combination modules 72 and 80 are the polarization plane selection of the polarization separation / combination module used in the second embodiment described above. Since it is the same as the reflecting surface, its detailed description is omitted.

(動作)
図6を参照して、第3の実施の形態の光スイッチの動作原理を説明する。第3の実施の形態の光スイッチによれば、第3偏波面保存光ファイバ22をCW方向に伝播した第1信号光は、光非線形制御部70の第3偏波分離合成モジュール72の第1入出力端72-1に入力され、第7偏波面保存光ファイバ82をCCW方向に伝播してきた第2信号光は光非線形制御部70の第4偏波分離合成モジュール80の第3入出力端80-3に入力される。
(Operation)
With reference to FIG. 6, the operation principle of the optical switch of the third embodiment will be described. According to the optical switch of the third embodiment, the first signal light propagated in the CW direction through the third polarization-maintaining optical fiber 22 is the first signal of the third polarization separation / combination module 72 of the optical nonlinear controller 70. The second signal light that is input to the input / output end 72-1 and propagates in the CCW direction through the seventh polarization-maintaining optical fiber 82 is the third input / output end of the fourth polarization separation / combination module 80 of the optical nonlinear controller 70. Input to 80-3.

第1信号光は、第3偏波面保存光ファイバ22をTM偏波として伝播した後、光非線形制御部70に入力される。すなわち、第3偏波分離合成モジュール72の第1入出力端72-1から入力されて第2入出力端72-2から出力されて第4偏波面保存光ファイバ84に入力されてその第4偏波面保存光ファイバ84を伝播し、第4偏波分離合成モジュール80の第2入出力端80-2から入力され第1入出力端80-1から出力されて第5偏波面保存光ファイバ74に入力される。   The first signal light propagates through the third polarization-maintaining optical fiber 22 as TM polarization, and then is input to the optical nonlinear controller 70. That is, it is input from the first input / output end 72-1 of the third polarization separation / combination module 72, output from the second input / output end 72-2, and input to the fourth polarization plane preserving optical fiber 84, and the fourth The fifth polarization-maintaining optical fiber 74 propagates through the polarization-maintaining optical fiber 84, is input from the second input / output end 80-2 of the fourth polarization separation / combination module 80, and is output from the first input / output end 80-1. Is input.

そして、第5偏波面保存光ファイバ74をTM偏波として伝播して第5偏波面保存光ファイバ74の一端、図6において点Bと示す位置、に設けられている第2偏波面変換部76で偏波面が90°回転されて、TE偏波として第6偏波面保存光ファイバ78を伝播して、第3偏波分離合成モジュール72の第3入出力端72-3に入力される。そして、TE偏波として第3偏波分離合成モジュール72の第3入出力端72-3に入力されたので、第3偏波分離合成モジュール72の第2入出力端72-2から出力されて再び第4偏波面保存光ファイバ62をTE偏波として伝播し、第4偏波分離合成モジュール80の第2入出力端80-2に入力される。TE偏波として第2入出力端80-2から入力されたので、今度は第3入出力端80-3から出力されて、TE偏波として第7偏波面保存光ファイバ82に入力される。   Then, the second polarization plane maintaining unit 76 is propagated through the fifth polarization plane preserving optical fiber 74 as TM polarization and provided at one end of the fifth polarization plane preserving optical fiber 74, the position indicated by the point B in FIG. , The plane of polarization is rotated by 90 °, propagates through the sixth polarization plane preserving optical fiber 78 as TE polarization, and is input to the third input / output terminal 72-3 of the third polarization separation / combination module 72. And, since it was input to the third input / output terminal 72-3 of the third polarization separation / combination module 72 as TE polarization, it was output from the second input / output terminal 72-2 of the third polarization separation / combination module 72. The fourth polarization plane preserving optical fiber 62 is propagated again as the TE polarization and input to the second input / output terminal 80-2 of the fourth polarization separation / combination module 80. Since it has been input from the second input / output end 80-2 as TE polarization, it is output from the third input / output end 80-3 and input to the seventh polarization-maintaining optical fiber 82 as TE polarization.

一方、第2信号光は、第7偏波面保存光ファイバ82をTE偏波として伝播した後、光非線形制御部70に入力される。すなわち、TE偏波として第4波分離合成モジュール80の第3出力端80-3から入力されて第2入出力端80-2から出力され第4偏波面保存光ファイバ84に入力されて第4偏波面保存光ファイバ84を伝播して第3偏波分離合成モジュール72の第2入出力端72-2から入力されて第3入出力端72-3から出力されて第6偏波面保存光ファイバ78に入力される。   On the other hand, the second signal light propagates through the seventh polarization-maintaining optical fiber 82 as TE polarized light, and then is input to the optical nonlinear controller 70. That is, the TE polarized wave is input from the third output terminal 80-3 of the fourth wave separation / combination module 80, output from the second input / output terminal 80-2, and input to the fourth polarization-preserving optical fiber 84 to obtain the fourth polarization. The sixth polarization-maintaining optical fiber propagates through the polarization-maintaining optical fiber 84, is input from the second input / output end 72-2 of the third polarization separation / combination module 72, and is output from the third input / output end 72-3. Input to 78.

そして、第6偏波面保存光ファイバ78を伝播して第6偏波面保存光ファイバ78の一端、図6において点Bと示す位置、に設けられている第2偏波面変換部部76で偏波面が90°回転されて、TM偏波として第5偏波面保存光ファイバ74に入力されれて、第5偏波面保存光ファイバ74を伝播した後、第4偏波分離合成モジュール80の第1入出力端80-1に入力される。TM偏波として第1入出力端80-1に入力されるので、第2入出力端80-2から出力されて第4偏波面保存光ファイバ84に入力されて、TM偏波として第4偏波面保存光ファイバ84を再び伝播し、第3偏波分離合成モジュール72の第2入出力端72-2に入力されて、第1入出力端72-1からTM偏波として出力されて第3偏波面保存光ファイバ22に入力される。   Then, the second polarization plane conversion unit 76 provided at one end of the sixth polarization plane maintaining optical fiber 78 and propagating through the sixth polarization plane maintaining optical fiber 78, the position indicated by the point B in FIG. Is rotated by 90 ° and input to the fifth polarization-maintaining optical fiber 74 as TM polarization, propagates through the fifth polarization-maintaining optical fiber 74, and then enters the first input of the fourth polarization separation / combination module 80. Input to the output terminal 80-1. Since it is input to the first input / output end 80-1 as TM polarization, it is output from the second input / output end 80-2 and input to the fourth polarization plane preserving optical fiber 84, and is input to the fourth polarization plane as TM polarization. Propagated again through the wavefront-preserving optical fiber 84, input to the second input / output end 72-2 of the third polarization separation / combination module 72, and output from the first input / output end 72-1 as TM polarization Input to the polarization plane preserving optical fiber 22.

すなわち、第1信号光はTE偏波として第7偏波面保存光ファイバ82に入力され、第2信号光はTM偏波として第3偏波面保存光ファイバ22に入力される。したがって、光非線形制御部70を設けることによって、第1及び第2信号光は、第4偏波面保存光ファイバ84を二回分伝播する分だけ長い経路を伝播するという効果が加わる他、図1に示す第1の実施の形態の光スイッチと対比すると、次のような対応関係が成立する。図1に示す第1の実施の形態の光スイッチの第4偏波面保存光ファイバ26及び第3偏波面保存光ファイバ22とは、それぞれ図6に示す第3の実施の形態の光スイッチの第7偏波面保存光ファイバ82及び第3偏波面保存光ファイバ22とが対応する。言い換えると、図1に示す第1の実施の形態の光スイッチの第2偏波面変換部24を挟む両側の第4偏波面保存光ファイバ26及び第3偏波面保存光ファイバ22の一部を光非線形制御部70と置き換えてあることに相当すると考えることができる。   That is, the first signal light is input to the seventh polarization-maintaining optical fiber 82 as TE polarization, and the second signal light is input to the third polarization-maintaining optical fiber 22 as TM polarization. Therefore, by providing the optical nonlinear controller 70, the first and second signal lights have the effect of propagating along a path that is long enough to propagate twice through the fourth polarization plane preserving optical fiber 84, and FIG. When compared with the optical switch of the first embodiment shown, the following correspondence is established. The fourth polarization-maintaining optical fiber 26 and the third polarization-maintaining optical fiber 22 of the optical switch of the first embodiment shown in FIG. 1 are the same as those of the optical switch of the third embodiment shown in FIG. The seventh polarization-maintaining optical fiber 82 and the third polarization-maintaining optical fiber 22 correspond to each other. In other words, a part of the fourth polarization-maintaining optical fiber 26 and the third polarization-maintaining optical fiber 22 on both sides sandwiching the second polarization plane conversion unit 24 of the optical switch of the first embodiment shown in FIG. It can be considered that this corresponds to the replacement with the non-linear controller 70.

また、第3の実施の形態の形態の光スイッチが第2の実施の形態の光スイッチと相違するのは、次の点である。すなわち、第2の実施の形態の光スイッチにおける偏波分離合成モジュール52に対応する偏波分離合成モジュールが、第3の実施の形態の形態の光スイッチでは、2箇所、第3及び第4偏波分離合成モジュール72、80、に設定する構成であるので、スイッチされる信号光の偏波面の選択性が2倍高まり、第2の実施の形態の光スイッチに比べ、偏波クロストーク成分の除去がより効果的に行なわれる。また、偏波分離合成モジュールの偏波面選択性が不完全である場合でも、実質的に偏波分離合成モジュールによる偏波面選択性が向上する。   The optical switch according to the third embodiment is different from the optical switch according to the second embodiment in the following points. That is, the polarization separation / combination module 52 corresponding to the polarization separation / combination module 52 in the optical switch of the second embodiment has two locations, the third and fourth polarizations, in the optical switch of the third embodiment. Since the configuration is set in the wave separation / combination modules 72 and 80, the selectivity of the polarization plane of the switched signal light is doubled, and compared with the optical switch of the second embodiment, the polarization crosstalk component Removal is performed more effectively. Moreover, even when the polarization plane selectivity of the polarization separation / combination module is incomplete, the polarization plane selectivity by the polarization separation / combination module is substantially improved.

第1及び第2信号光が第4偏波面保存光ファイバ84をそれぞれ二回伝播する構成となっているが、このようなことが実現するのは、第2偏波面変換部76で偏波面が90°回転されることと、第3偏波分離合成モジュール72及び第4偏波分離合成モジュール80の偏波面選択性に起因する。この理由は次のとおりである。   The first and second signal lights are each propagated twice through the fourth polarization-maintaining optical fiber 84, and this is realized because the polarization plane is changed by the second polarization plane converter 76. This is due to the 90 ° rotation and the polarization plane selectivity of the third polarization separation / combination module 72 and the fourth polarization separation / combination module 80. The reason for this is as follows.

第1信号光はTM偏波として第3偏波面保存光ファイバ22を伝播して、第3偏波分離合成モジュール72を介して、第4偏波面保存光ファイバ84をTM偏波として伝播する。そして第4偏波分離合成モジュール80を介して、第5偏波面保存光ファイバ74をTM偏波として伝播し、第2偏波面変換部76を通過することで、TE偏波に変換されて第6偏波面保存光ファイバ78を伝播することになる。   The first signal light propagates in the third polarization plane preserving optical fiber 22 as TM polarization, and propagates in the fourth polarization plane preserving optical fiber 84 as TM polarization via the third polarization separation / combination module 72. Then, the fifth polarization plane preserving optical fiber 74 is propagated as TM polarization through the fourth polarization separation / combination module 80, passes through the second polarization plane conversion unit 76, is converted into TE polarization, and is converted into the TE polarization. It propagates through the 6 polarization maintaining optical fiber 78.

そして、TE偏波として第3偏波分離合成モジュール72の第3入出力端72-3に入力されるので、第2入出力端72-2から出力されて再び第4偏波面保存光ファイバ84をTE偏波として伝播することになる。今度はTE偏波として第4偏波分離合成モジュール80の第2入出力端80-2に入力されるので、第3入出力端80-3から出力されて、第7偏波面保存光ファイバ82をTE偏波として伝播することになる。   Then, since it is input to the third input / output end 72-3 of the third polarization separation / combination module 72 as the TE polarized wave, it is output from the second input / output end 72-2 and again the fourth polarization plane preserving optical fiber 84. Will propagate as TE polarization. This time, since the TE polarization is input to the second input / output end 80-2 of the fourth polarization splitting / combining module 80, it is output from the third input / output end 80-3, and the seventh polarization plane-maintaining optical fiber 82 is output. Will propagate as TE polarization.

すなわち、第4偏波面保存光ファイバ84を最初はTM偏波として、二度目はTE偏波として伝播することになり、第4偏波面保存光ファイバ84を合計二回伝播することになる。一方第2信号光についても同様で、第4偏波面保存光ファイバ84を最初はTE偏波として、二度目はTM偏波として伝播することになり、第4偏波面保存光ファイバ84を合計二回伝播することになる。   That is, the fourth polarization plane preserving optical fiber 84 is propagated first as TM polarization and the second time as TE polarization, and the fourth polarization plane preserving optical fiber 84 is propagated twice in total. On the other hand, the same applies to the second signal light.The fourth polarization plane preserving optical fiber 84 is propagated first as the TE polarization and the second time as the TM polarization. Will propagate once.

第2の実施の形態の光スイッチの場合と同様に、第4乃至第6偏波面保存光ファイバのslow軸の実効屈折率をns、fast軸の実効屈折率をnfとし、slow軸の方向がTM偏波の偏波面と合致するとしたとき、第1信号光が、第3偏波分離合成モジュール72の第2入出力端72-2から出力されて、第4乃至第6偏波面保存光ファイバを伝播して第4偏波分離合成モジュール80の第2入出力端80-2に達するまでの光路長は、次のように求められる。第1信号光は、TM偏波として第3偏波分離合成モジュール72の第2入出力端72-2から出力される。 As in the case of the optical switch of the second embodiment, the effective refractive index of the slow axis of the fourth to sixth polarization-maintaining optical fibers is n s , the effective refractive index of the fast axis is n f , and the slow axis When the direction coincides with the polarization plane of the TM polarization, the first signal light is output from the second input / output terminal 72-2 of the third polarization separation / combination module 72 and stored in the fourth to sixth polarization planes. The optical path length from the propagation through the optical fiber to the second input / output end 80-2 of the fourth polarization separation / combination module 80 is obtained as follows. The first signal light is output from the second input / output terminal 72-2 of the third polarization separation / combination module 72 as TM polarization.

第4偏波面保存光ファイバ84の長さをl4(経路L4)、第5偏波面保存光ファイバ74の長さをl5(経路L5)、第6偏波面保存光ファイバ78の長さをl6(経路L6)、とすれば、光路長は、第1信号光が伝播する経路順に加算して、次式(6)で与えられる。
nsl4+nsl5+nfl6+nfl4 (6)
The length of the fourth polarization-maintaining optical fiber 84 is l 4 (path L 4 ), the length of the fifth polarization-maintaining optical fiber 74 is l 5 (path L 5 ), and the length of the sixth polarization-maintaining optical fiber 78 is If the length is l 6 (path L 6 ), the optical path length is given by the following equation (6) by adding in order of the path along which the first signal light propagates.
n s l 4 + n s l 5 + n f l 6 + n f l 4 (6)

すなわち、第1信号光は、第4偏波面保存光ファイバ84をTM偏波として伝播するので光路長は、nsl4であり、第5偏波面保存光ファイバ74もTM偏波として伝播するので光路長は、nsl5である。ここで、第1信号光は、第2偏波面変換部76で偏波面が90°回転されるTE偏波として第6偏波面保存光ファイバ78を伝播するので光路長は、nfl6である。そして、再び第4偏波面保存光ファイバ84を伝播するときは、TE偏波として伝播するので光路長は、nfl4である。 That is, since the first signal light propagates through the fourth polarization-maintaining optical fiber 84 as TM polarization, the optical path length is n s l 4 and the fifth polarization-maintaining optical fiber 74 also propagates as TM polarization. Therefore, the optical path length is n s l 5 . Here, since the first signal light propagates through the sixth polarization plane preserving optical fiber 78 as a TE polarization whose polarization plane is rotated by 90 ° in the second polarization plane conversion unit 76, the optical path length is n f l 6 is there. Then, when again propagating a fourth polarization maintaining optical fiber 84, the optical path length so propagated as TE polarization is n f l 4.

一方、第2信号光は、TE偏波として第4偏波分離合成モジュール80の第2入出力端80-2から出力される。第2信号光が、第4偏波分離合成モジュール80の第2入出力端80-2から出力されて、第4乃至第6偏波面保存光ファイバを伝播して第3偏波分離合成モジュール72の第2入出力端72-2に達するまでの光路長は、第2信号光が伝播する経路順に加算して、次式(7)で与えられる。
nfl4+nfl6+nsl5+nsl4 (7)
なお、第3の実施の形態の光スイッチにおいても、制御光は第1信号光と同一の方向に伝播する経路をたどる。
On the other hand, the second signal light is output from the second input / output terminal 80-2 of the fourth polarization beam splitting / combining module 80 as TE polarization. The second signal light is output from the second input / output end 80-2 of the fourth polarization separation / combination module 80, propagates through the fourth to sixth polarization-preserving optical fibers, and passes through the third polarization separation / combination module 72. The optical path length until reaching the second input / output terminal 72-2 is added by the order of the paths through which the second signal light propagates, and is given by the following equation (7).
n f l 4 + n f l 6 + n s l 5 + n s l 4 (7)
Note that also in the optical switch of the third embodiment, the control light follows a path that propagates in the same direction as the first signal light.

上式(6)と(7)とを比較すると、式(6)の第1項、2項、3項、4項と式(7)の第4項、3項、2項、1項とは、それぞれ等しいことが分かる。すなわち、第1信号光と第2信号光とは同一の光路長を伝播していることが分かる。   Comparing the above formulas (6) and (7), the first term, the second term, the third term, the fourth term in the formula (6) and the fourth term, the third term, the second term, the first term in the formula (7) and Are equal to each other. That is, it can be seen that the first signal light and the second signal light propagate through the same optical path length.

すなわち、制御光に基づく位相相互変調が第1信号光に与えられた場合には、第1信号光は第3偏波分離合成モジュール72の第2入出力端72-2に到達した段階で、制御光の影響を受けなかった場合と比較して、移送が遅れている。そのため、第1信号光と第2信号光とは、それぞれが光非線形制御部70を経由して第2偏波分離合成モジュール18で合波されたときには両者の位相がずれている。   That is, when phase intermodulation based on control light is given to the first signal light, the first signal light reaches the second input / output terminal 72-2 of the third polarization separation / combination module 72, The transfer is delayed as compared with the case where it is not affected by the control light. Therefore, when the first signal light and the second signal light are combined by the second polarization splitting / combining module 18 via the optical nonlinear controller 70, the phases of both are shifted.

この位相ずれ量φがπに等しくなるように、制御光の強度を調整するか、あるいは第4偏波面保存光ファイバ84の長さを調整すれば、光スイッチが実現する。位相ずれ量φは上述の式(1)で与えられるように、経路L4で構成される第4偏波面保存光ファイバ84の長さに比例する。すなわち、この第3の実施の形態の光スイッチは、経路L4をTM偏波及びTE偏波としてそれぞれ一回ずつ、合計二回伝播する構成とされているので、実質的に経路L4の長さ分だけ、光カー効果が発現する経路を長く取られていることに等しい。 An optical switch can be realized by adjusting the intensity of the control light or adjusting the length of the fourth polarization-preserving optical fiber 84 so that the phase shift amount φ is equal to π. As the phase shift amount φ given by the above equation (1), proportional to the length of the fourth polarization maintaining optical fiber 84 composed of a path L 4. That is, the third embodiment of the optical switch, each respective one path L 4 as TM polarization and TE polarization, since it is configured to propagate a total twice a substantially path L 4 This is equivalent to the length of the path in which the optical Kerr effect is developed.

ここでは、経路L4の長さを他の経路L1、L2、L3、L5、L6及びL7に比べてはるかに長く設定されているものとして説明した。すなわち、光カー効果に基づく位相ずれ量φの発現に主に寄与しているのは経路L4を構成する第4偏波面保存光ファイバ84であるものとして説明したが、これに限られることはない。式(1)によれば、位相ずれ量φは、光ファイバループを構成している光ファイバの長さと制御光の強度との積に比例するので、第3の実施の形態の光スイッチによれば、従来の光スイッチに比べて、光カー効果に基づく位相ずれ量φの発現に主に寄与する経路L4が構成する第4偏波面保存光ファイバ84に相当する偏波面保存光ファイバの長さは半分で済むことになる。 Here, the length of the path L 4 has been described as being set to be much longer than those of the other paths L 1 , L 2 , L 3 , L 5 , L 6 and L 7 . That is, the are mainly contributes to the expression of the phase shift amount φ based on the optical Kerr effect was described as a fourth polarization maintaining optical fiber 84 constituting the path L 4, it is limited to this Absent. According to the equation (1), the phase shift amount φ is proportional to the product of the length of the optical fiber constituting the optical fiber loop and the intensity of the control light. Therefore, according to the optical switch of the third embodiment, For example, as compared with the conventional optical switch, the length of the polarization-maintaining optical fiber corresponding to the fourth polarization-maintaining optical fiber 84 formed by the path L 4 that mainly contributes to the expression of the phase shift amount φ based on the optical Kerr effect. That's half.

すなわち、経路L4を構成する第4偏波面保存光ファイバ84の長さを短くできることは、光スイッチのコンパクト化に有効である。また、経路L4を構成する偏波面保存光ファイバの長さを短くできることにより、周囲温度等の影響を受けにくくなるため、光スイッチの動作状態の安定化にも有効である。 That is, being able to shorten the length of the fourth polarization maintaining optical fiber 84 constituting the path L 4 are, is effective in downsizing of the optical switch. Moreover, since the length of the polarization-maintaining optical fiber constituting the path L 4 can be shortened, it is less susceptible to the influence of the ambient temperature and the like, which is effective for stabilizing the operation state of the optical switch.

この発明の第1の実施の形態の光スイッチの概略的構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an optical switch according to a first embodiment of the present invention. 偏波面保存光ファイバの概略的断面図である。It is a schematic sectional drawing of a polarization-maintaining optical fiber. 偏波面変換部の構造の説明に供する図である。It is a figure where it uses for description of the structure of a polarization plane conversion part. この発明の第1の実施の形態の光スイッチの動作の説明に供する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the optical switch according to the first embodiment of the present invention. 第2の実施の形態の光スイッチの概略的構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an optical switch according to a second embodiment. 第3の実施の形態の光スイッチの概略的構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an optical switch according to a third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10:第1偏波分離合成モジュール
12:第1偏波面保存光ファイバ
14:第1偏波面変換部
16:第2偏波面保存光ファイバ
18:第2偏波分離合成モジュール
20:光カプラ
22:第3偏波面保存光ファイバ
24、62、76:第2偏波面変換部
26、54、84:第4偏波面保存光ファイバ
27:出力用光ファイバ
28:光バンドパスフィルタ
29:透過光出力用光ファイバ
30:光サーキュレータ
32:入力用光ファイバ
36:反射光出力用光ファイバ
50、70:光非線形制御部
52、72:第3偏波分離合成モジュール
58、74:第5偏波面保存光ファイバ
56:第3偏波面変換部
60、78:第6偏波面保存光ファイバ
64、82:第7偏波面保存光ファイバ
80:第4偏波分離合成モジュール
140:クラッド
142:コア
144:応力付与部
170、172:PANDA型光ファイバ
10: 1st polarization separation / synthesis module
12: First polarization-maintaining optical fiber
14: First polarization plane converter
16: Second polarization-maintaining optical fiber
18: Second polarization separation / synthesis module
20: Optical coupler
22: Third polarization preserving optical fiber
24, 62, 76: Second polarization plane converter
26, 54, 84: Fourth polarization-maintaining optical fiber
27: Optical fiber for output
28: Optical bandpass filter
29: Optical fiber for transmitted light output
30: Optical circulator
32: Input optical fiber
36: Optical fiber for reflected light output
50, 70: Optical nonlinear controller
52, 72: Third polarization separation and synthesis module
58, 74: 5th polarization-maintaining optical fiber
56: Third polarization plane converter
60, 78: 6th polarization-maintaining optical fiber
64, 82: 7th polarization-maintaining optical fiber
80: Fourth polarization separation / synthesis module
140: Clad
142: Core
144: Stress application part
170, 172: PANDA type optical fiber

Claims (6)

信号光を入力する第1入出力端、第1偏波面保存光ファイバの一端を結合する前記第1入出力端に対向する側に第2入出力端及びスイッチされた信号光を出力する第3入出力端を具える第1偏波分離合成モジュールと、
第2偏波面保存光ファイバの他端を結合する第1入出力端、該第1入出力端に対向する側に第3偏波面保存光ファイバの一端を結合する第2入出力端、第4偏波面保存光ファイバの一端を結合する第3入出力端及び該第3入出力端に対向する側に偏波クロストーク成分を出力する第4入出力端を具える第2偏波分離合成モジュールと、
前記第1偏波分離合成モジュールの第2入出力端に一端が結合された前記第1偏波面保存光ファイバと、
前記第2偏波分離合成モジュールの第1入出力端に他端が結合された前記第2偏波面保存光ファイバと、
前記第1偏波面保存光ファイバの他端と前記第2偏波面保存光ファイバの一端とを接続する第1偏波面変換部と、
前記第2偏波分離合成モジュールの第2入出力端に一端が結合され、光カプラを具える前記第3偏波面保存光ファイバと、
前記第2偏波分離合成モジュールの第3入出力端に一端が結合された前記第4偏波面保存光ファイバと、
前記第3偏波面保存光ファイバの他端と前記第4偏波面保存光ファイバの他端とを接続する第2偏波面変換部と
を具えることを特徴とする光スイッチ。
A first input / output end for inputting signal light, a second input / output end on the side opposite to the first input / output end for coupling one end of the first polarization-maintaining optical fiber, and a third for outputting switched signal light A first polarization separation / synthesis module having an input / output end;
A first input / output end for coupling the other end of the second polarization-maintaining optical fiber, a second input / output end for coupling one end of the third polarization-maintaining optical fiber to the side facing the first input / output end, and a fourth A second polarization separation / combination module comprising a third input / output end for coupling one end of a polarization-maintaining optical fiber, and a fourth input / output end for outputting a polarization crosstalk component on the side opposite to the third input / output end When,
The first polarization plane preserving optical fiber having one end coupled to the second input / output end of the first polarization separation / combination module;
The second polarization plane preserving optical fiber having the other end coupled to the first input / output end of the second polarization separation / combination module;
A first polarization plane converter that connects the other end of the first polarization-maintaining optical fiber and one end of the second polarization-maintaining optical fiber;
One end coupled to the second input / output end of the second polarization separation / combination module, the third polarization plane preserving optical fiber comprising an optical coupler,
The fourth polarization-preserving optical fiber having one end coupled to the third input / output end of the second polarization separation / combination module;
An optical switch comprising: a second polarization plane conversion unit that connects the other end of the third polarization-maintaining optical fiber and the other end of the fourth polarization-maintaining optical fiber.
請求項1に記載の光スイッチであって、前記第1偏波面変換部が、前記第1偏波面保存光ファイバの光学軸と前記第2偏波面保存光ファイバの光学軸とが互いに45°の角度を成して融着されて形成されていることを特徴とする光スイッチ。   2. The optical switch according to claim 1, wherein the first polarization plane converting unit has an optical axis of the first polarization plane preserving optical fiber and an optical axis of the second polarization plane preserving optical fiber of 45 ° with respect to each other. An optical switch formed by fusing at an angle. 請求項1に記載の光スイッチであって、前記第2偏波面変換部が、前記第3偏波面保存光ファイバの光学軸と前記第4偏波面保存光ファイバの光学軸とが互いに90°の角度を成して融着されて形成されていることを特徴とする光スイッチ。   2. The optical switch according to claim 1, wherein the second polarization plane converting unit is configured such that an optical axis of the third polarization plane preserving optical fiber and an optical axis of the fourth polarization plane preserving optical fiber are 90 ° to each other. An optical switch formed by fusing at an angle. 請求項1に記載の光スイッチであって、前記第1偏波面変換部が、前記第1偏波面保存光ファイバの光学軸と前記第2偏波面保存光ファイバの光学軸とが互いに45°の角度を成して融着されて形成されており、
前記第2偏波面変換部が、前記第3偏波面保存光ファイバの光学軸と前記第4偏波面保存光ファイバの光学軸とが互いに90°の角度を成して融着されて形成されていることを特徴とする光スイッチ。
2. The optical switch according to claim 1, wherein the first polarization plane converting unit has an optical axis of the first polarization plane preserving optical fiber and an optical axis of the second polarization plane preserving optical fiber of 45 °. It is formed by fusing at an angle,
The second polarization plane converting unit is formed by fusing the optical axis of the third polarization plane preserving optical fiber and the optical axis of the fourth polarization plane preserving optical fiber at an angle of 90 ° with each other. An optical switch characterized by having
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光スイッチであって、前記第1偏波分離合成モジュールの前記第3入出力端に出力用光ファイバの一端が結合されており、該出力用光ファイバの他端に光バンドパスフィルタが接続されていることを特徴とする光スイッチ。   5. The optical switch according to claim 1, wherein one end of an output optical fiber is coupled to the third input / output end of the first polarization separation / combination module. An optical switch, wherein an optical bandpass filter is connected to the other end of the optical fiber. 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光スイッチであって、前記第1偏波分離合成モジュールの前記第1入出力端に入力用光ファイバの一端が結合されており、該入力用光ファイバの他端に光サーキュレータが接続されていることを特徴とする光スイッチ。

5. The optical switch according to claim 1, wherein one end of an input optical fiber is coupled to the first input / output end of the first polarization separation / combination module. An optical switch, characterized in that an optical circulator is connected to the other end of the optical fiber.

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